文 献 综 述

Ba2 掺杂对PMN#8211;PT陶瓷介电和铁电性能的影响

（一）研究背景

随着集成电路、计算机、机器人、表面组装技术、精密机械、光学系统和自动控制等电子信息技术的高速发展,对多层陶瓷电容器、陶瓷微位移器和致动器以及电光器件等的需求与日俱增^[1]，弛豫铁电体得以迅速发展。

单位晶胞中的正、负电荷中心产生偏离，即单位晶胞具有一定的固定偶极矩时，由于晶体构造的周期性和对称性，单位晶胞的固有偶极矩会沿某一相同方向整齐排列，使晶体处于高度极化状态下。由于这种极化状态是无外电场时自发产生的，因而称之为自发极化^[2]。一般电介质只有在电场作用下才出现极化,但有些电介质中存在自发极化,而且自发极化可在电场作用下转向(不一定反向),这类电介质就是铁电体^[3]。

铁电体并不只是在某个特定的方向产生自发极化，而是在各个方向都存在这样的极化偶极子，所以在宏观上，铁电体不显示极化，这样每个极化单元，称为的铁电畴。一个铁电体中存在多个的铁电畴，畴与畴之间的界面称为畴壁，在单个的铁电畴内偶极子方向一致，但是在不同的畴之间，偶极子转向却有不同的方向，因此就宏观铁电体而言，不显示极化，但是在外电场下，电畴会形核生长，导致电畴方向趋向外电场方向，宏观铁电体显示极化现象，同时通过施加反向外电场，极化方向也会发生转向。

铁电陶瓷与其他的电介质陶瓷典型的不同点是它的极化强度不与施加电场呈线性关系即铁电体具有明显的滞后效应，如图一。

横轴为外加电场强度，纵轴为极化强度。随着外电场的增加，极化强度P开始沿图1中OA段变化，电场继续增大，P饱和且沿BC变化，此时晶体已成为单畴。将BC段外推至电场E=0时的P轴〔图中虚线所示），此时在P轴上所得截距称为饱和极化强度Ps，Ps是铁电体的每个铁电畴自发极化的强度。当电场由图中C处开始降低时，晶体的极化强度P随之减小，但不是按原来的CBAO曲线降至零，而是沿着CBRD曲线变化当电场降至零时，其极化强度Pr称为剩余极化强度。剩余极化强度是对整个晶体而言的（电场强度为零后，晶体部分回复多畴状态，极化强度又被抵消了一部分）

弛豫铁电体是指铁电体有弛豫特性，性比于普通的铁电体如BaTiO₃具有一下的特点：(1)弥散相变，即顺电一铁电相变是逐渐而非突变的。表现为介电常数与温度关系曲线中介电峰的宽化,高于居里温度附近仍存在自发极化和电滞回线^[1]。(2)频率色散，即在低温侧介电峰和损耗峰随测试频率的提高而略向高温方向移动。而介电峰值和损耗峰值分别略有降低和增加图示出弛豫铁电体PMN和普通铁电体BaTiO₃的介电特性曲线^[1]。

铌镁酸铅基陶瓷材料是近年来广泛研究和迅速发展的一种具有钙钛矿型结构的功能材料^[4]。PMN-PT全称为铌镁酸铅-钛酸铅，化学式为（1-x）Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-xPbTiO₃(PMN-PT)，具有复合钙钛矿结构,它是一种新型驰豫型铁电体，在常温下随着 PT含量的不同，呈现三方铁电相（R3m）或四方铁电相（P4mm）。在PT含量在 33％-35％时，存在一个三方和四方相共存的准同型相界（MPB）^[1]，在其准同型相界（某些物系相图中存在的一种分隔两种晶体构型相近,但分属不同对称性的晶相之间的边界）附近，PMN-PT陶瓷材料具有优异的介电性能，大的电致伸缩应变，被认为是新一代多层陶瓷电容器和微位移器、制动器的理想材料^[5]。