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电卡效应是指介电材料在外加电场的施加与去除的过程中,由于材料内部极化熵变而引起的温度变化的现象。在众多介电材料中,铁电材料通常具有较大的电卡效应即较大的温度变化,因而被广泛的研究探索,并被视为最有前景的,最有可能替代空气压缩机制冷的固体制冷材料。
目前,大量有关电卡效应的研究被报道,各种形式的铁电材料如:单晶、薄膜、陶瓷等都被证明具有较大的电卡效应。但主要的研究方向仍局限于寻找新的高电卡效应体系以及设计新的器件结构,而关于材料的本征性能与电卡效应之间的关系的研究较少。因此,本文的主要目标是通过对钛酸钡基铁电陶瓷的本征性能与电卡性能的探索研究,进一步提高对陶瓷材料本征性能与电卡性能之间关系的认识,以指导设计制备高电卡效应材料。主要的实验结果与讨论如下。
BaTiO3基铁电陶瓷已被广泛研究,通过文献调研发现BaSn0.11Ti0.89O3(BST)处于准四相点,具有较多的极化态,对电卡效应的提高有极大的优势。因此我们选择该组分的BST,并首次添加CuO作为助烧剂,制备一系列陶瓷样品BST-xCuO,研究其相结构、形貌、介电性能、铁电性能、热学性能以及对电卡效应的影响。通过实验发现,添加不同含量的CuO之后,其晶粒形貌、铁电性能、热学性能都发生不同程度的变化,尤其当添加2mol%的CuO之后,样品本征性能变化最大,最大极化值(Pmax)提高,剩余极化值(Pr),以及矫顽场(Ec)显著降低,另外该组分样品比热容较纯BST样品明显降低。通过对该组BST-xCuO样品进行直接法测量电卡效应后,发现添加2mol%的CuO后,电卡效应的温度变化最明显,达到0.33 K,其电卡效应强度高达0.33 K mm/kV。
综上所述,我们系统的研究了BST-xCuO体系陶瓷的本征性能与电卡效应。通过实验发现通过添加助烧剂这一方法,可以有效调控陶瓷样品的铁电性、热学、晶粒形貌等本征性能,从而达到调控电卡效应的目的。与此同时,我们也通过理论分析,进一步证明解释了铁电陶瓷本征性能与电卡效应之间的必然联系,增强了我们对电卡效应的认识。我们希望通过该工作,为以后有关电卡效应的研究提供帮助,为高性能电卡效应材料的设计以及制备提供一种方法和指导。
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Basic Info :
Degree: 硕士
Mentor: 杨耀东
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Year: 2018
Language: Other
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