论文部分内容阅读
本文利用溶胶凝胶法制备PZT薄膜,并表征薄膜的晶向、微观结构、介电、铁电和振动性能。通过研究热处理和掺杂工艺对PZT薄膜生长的影响,探讨PZT钙钛矿结构形成、择优取向生长和掺杂改性机理。全文包括以下几个部分:(1)研究热解温度和退火温度对PZT钙钛矿结构形成和择优取向生长的影响。通过设计不同热解温度和退火温度制备PZT薄膜,分析热解温度和退火温度对PZT薄膜生长的影响。实验结果表明,热解温度对PZT薄膜的生长影响较小,而退火温度是影响PZT钙钛矿结构形成和择优取向生长的关键因素。550℃退火制得的薄膜存在焦绿石结构。600℃退火制得(100)高取向度的薄膜,薄膜呈现致密钙钛矿结构。(2)研究Gd和La掺杂对PZT生长以及热解膜厚度对PLZT薄膜生长的影响,探讨Gd和La掺杂改性的机理。通过制备并表征Gd浓度1%~5%的掺杂PZT薄膜,研究Gd掺杂对PZT薄膜生长的影响。实验结果表明,Gd掺杂浓度较低时,薄膜呈现(100)高取向度的致密钙钛矿结构,介电和铁电性能得到改善。Gd掺杂1%的PGZT薄膜(100)取向度最大,达90.1%。Gd掺杂2%的PGZT薄膜介电和铁电性能最优,介电常数为1310.35(100Hz),比不掺杂薄膜提高34.2%;2Pr达到31.73μC/cm2(1kHz),比不掺杂薄膜提高31.1%。通过制备并表征La浓度1%~5%的不同热解膜厚度的掺杂PZT薄膜,研究La掺杂对PZT生长以及热解膜厚度对PLZT薄膜生长的影响。实验结果表明,La掺杂浓度较低时,较薄热解膜厚度薄膜呈现(100)择优取向;随着掺杂浓度的升高,较薄和较厚热解膜厚度薄膜都呈现随机取向。La掺杂2%的较薄热解膜厚度薄膜的介电性能最优,介电常数达1502.59(100Hz),比不掺杂薄膜提高53.9%;La掺杂1%的较厚热解膜厚度薄膜2Pr达到34.7μC/cm2,比不掺杂薄膜增加了9.4%。Gd和La掺杂改性的机理主要体现在对晶粒尺寸和晶体内部电畴的影响。低掺杂浓度下,施主掺杂作用显著,产生铅缺位,促进晶粒长大,提高畴壁的可移动性;随掺杂浓度的增加,受主掺杂作用增强,产生氧缺位,氧缺位和聚集在晶界上过量的掺杂剂阻碍晶粒的长大并降低电畴畴壁的运动能力。(3)PZT压电微执行器的制作、表征与应用。采用MEMS工艺制作PZT微执行器,利用激光多普勒测试仪表征其振动性能。实验结果表明,掺杂PZT薄膜的振幅大于不掺杂PZT薄膜;La掺杂2%的较厚热解膜厚度薄膜驱动喷墨打印头喷射液滴。