1. 研究目的与意义（文献综述）

压电材料在电子信息、航天、激光、生物等诸多高新技术领域有着广泛的应用，这些应用主要与这类材料所具有的稳定的化学特性、优秀的物理性能、易于制备成各种形状、具有可任意极化方向的特性紧密相连。微机电系统(mems)等领域的快速发展更是对压电薄膜材料与器件的需求日益增加，目前被大量使用的压电材料以铅基压电材料为主，但是随着pzt材料的深入应用，pzt显示出一系列缺点：较大的矫顽场以及较严重的疲劳特性，并且富含对环境有害的pb元素。在电子器件的尺寸日益小型化的同时，对电性能的要求越来越高，同时对环境污染也越来越重视，研究者们开始关注无铅钙钛矿材料。batio₃基材料、铋层状结构陶瓷，钨青铜结构的铌酸盐等无铅压电陶瓷被广泛研究，但是相比pzt压电常数(d₃₃≈600pc/n)，它们的压电常数仍然很小(d₃₃≤300pc/n)。

为了寻找能够替代pzt的材料，研究者们对pzt进行了大量的研究，发现压电材料的压电性能的优劣并不取决于是否含有铅，而在于准同型相界（mpb），从而试图找到一种无铅压电材料也具有mpb结构来取代pzt。2009年，刘、任等人报道了无铅ba(zr_0.2ti_0.8)o₃–x(ba_0.7ca_0.3)tio₃（bzt-xbct）压电材料具有类似pzt的准同型相界（mpb）结构，在三相点(即立方相、四方相和三斜相三相交界点)附近显示出高的压电常数d₃₃达到620pc/n，可以比拟pzt的压电性能。因此bzt-xbct材料开始被研究者们重视。然而，这些研究大部分集中在陶瓷。相比bzt-xbct陶瓷材料，bzt-xbct薄膜材料是二维的材料，其结构的特殊性，是的薄膜的研究难点更为突出。从目前的研究结果来看，bzt-xbct薄膜在工艺上面临着晶化程度不高，有机物挥发带来很多缺陷，使得薄膜质量差；晶化温度高，使得其很难与半导体工艺兼容；在结构上无强烈的织构，薄膜在没有织构的情况下，薄膜的电性能是各项同性的，很难在外场作用下得到优异的性能。以上综合原因致使bzt-0.5bct薄膜的压电性能就算是位于mpb上也还是没有预想的好。再者，虽然对mpb附近铁电体的相变和电学性能进行了大量探索与研究，但得出的结果还是不尽相同。对于bzt-xbct的缺点，研究者们采用了一些手段改善，如调节工艺，掺杂改性，或者调节组分。这些手段仅仅是针对陶瓷的一些手法，对于薄膜仍处在初期研究阶段。

本课题采用溶胶凝胶法旋涂工艺制bzt-0.5bct薄膜，研究分别通过mn掺杂和zn掺杂对bzt-0.5bct薄膜的微观结构和电性能的影响，采用xrd对其进行物相分析，afm、sem对薄膜的显微结构表征，利用铁电工作站、交流阻抗分析仪、afm对其介电、铁电及压电性能进行表征，以得到合适的工艺参数。

2. 研究的基本内容与方案

本实验的基本内容是以醋酸钡、醋酸钙、正丙醇锆、乙酸、钛酸四正丁酯和乙二醇甲醚为主要原料，先制备出钛酸钡溶胶，通过旋涂法在（111）pt/tio₂/sio₂/si(100)基片上制备bzt-0.5bct薄膜，然后进行预热处理与最终退火。研究分别通过mn掺杂和zn掺杂对bzt-0.5bct薄膜的微观结构和电性能的影响，采用xrd对其进行物相分析，afm、sem对其进行显微形貌表征，利用铁电工作站、交流阻抗分析仪及afm对其介电、铁电及压电性能进行表征。

具体实验步骤

（1）bzt-0.5bct薄膜的制备：

bzt-0.5bct溶胶的制备：1.将按比例计算所得的醋酸钡和醋酸钙溶入乙酸中，加热搅拌至完全溶解；2.加入一定比例的乙二醇甲醚和正丙醇锆的混合液，加热搅拌并冷却；3. 加入按比例计算所得的钛酸正四丁酯，搅拌；4.过滤。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4-7周：按照设计方案，制备zn/mn-bct-bzt薄膜材料。

第8-12周：利用xrd、sem、afm、铁电、介电、压电等测试手段对所制备的zn/mn-bct-bzt薄膜材料进行物相、结构和电性能表征。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 张艳,王增梅,陈云飞,郭新立,孙伟,袁国亮,殷江,刘治国0.5ba(zr_0.2ti_0.8)o₃-0.5(ba_0.7ca_0.3)tio₃压电薄膜的摩擦、磨损性能[j].物理学报,2013,06:386-392.

[2] 赵悦.bzt-bct薄膜双靶磁控溅射制备与电性能[d].哈尔滨工业大学，2013.

[3] 张天栋.锆钛酸钡钙基无铅压电薄膜的微观结构与电性能[d].哈尔滨工业大学，2012

[4] 许晶超.锆钛酸钡钙薄膜界面优化与介电性能研究 [d].哈尔滨理工大学,2013.