[發明專利]提高鈣鈦礦結構鐵電材料居里溫度的方法

有效

• 申請號: 201410215608.6
• 申請日: 2014-05-21
• 公開（公告）號: CN103981573A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 羅來慧;岳青影;姜希杰;李偉平;杜鵬
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: C30B29/22
• 分類號: C30B29/22;C30B28/02;C30B30/02;C30B33/00;C04B35/49;C04B35/495
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司 33102
• 代理人: 景豐強

技術領域

本發明涉及一種鈣鈦礦結構鐵電材料處理方法。

背景技術

鐵電材料是一種具有自發極化，且自發極化在外電場作用下，能夠發生重新取向的材料。它是一類非常重要的電子材料，能夠廣泛應用在壓電換能器，鐵電存儲器，紅外探測器，壓電傳感器等領域。鐵電材料可以為塊體陶瓷多晶材料，單晶材料，薄膜等形式存在。鐵電材料有一個重要的特征那就是它具有居里溫度，在居里溫度以下，鐵電材料為鐵電相，具有自發極化。超過居里溫度，鐵電材料從四方相轉變成順電立方相，失去鐵電性，相對應的壓電性，熱釋電性等電學性能都消失。因此居里溫度的高低是鐵電材料的一個重要的參數指標。

鈣鈦礦結構的材料是鐵電材料當中最重要的一種材料，他的化學通式可以寫成ABO₃,A位可以是Ca，Ba，Pb，Bi，K，Na等,占據著立方晶胞的頂點位置；B位可以是Ti，Nb，Mg，Zn，In，Zr等，占據著立方晶胞的體心位置；而O占據著立方晶胞的面心位置，晶體結構如附圖1所示。利用不同的元素組合可以形成不同的鐵電材料，如：Pb(Zr_xTi_1-x)O₃，BaTiO₃,Ba_xCa_1-xTiO₃，(1-x)(K_1/2Na_1/2)NbO₃-xLiNbO₃，(1-x)(Bi_1/2Na_1/2)TiO₃-xBaTiO₃，(1-x)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-xPbTiO₃，(1-x)Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃-xPbTiO₃等。

傳統制備的鐵電材料的居里溫度主要依賴于材料的化學成分，也就是通常所說的化學方法。但是在提高居里溫度的時候，伴隨著鈣鈦礦結構鐵電體的電學性能的下降。比如在(1-x)Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃-xPbTiO₃固溶鐵電體中，隨著PbTiO₃的含量增加，它的居里溫度增加，當材料轉換成四方鐵電相時，它的壓電性能伴隨著很大的降低。同樣其它的鐵電體也具有類似的性質，電學性能和居里溫度似乎是矛盾的。但是物理方法可以進一步提高材料的居里溫度，也就是當材料的化學成分固定下來后，在使用的時候通過給鐵電材料加外加電場和應力等可以提高材料的居里溫度，但是這種方法往往使得鐵電材料在應用的時候大大增加使用的難度以及使用成本。因此有必要發明一種簡單的物理方法來提高鐵電材料的居里溫度。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述的技術現狀而提供一種能提高鈣鈦礦結構鐵電材料居里溫度的方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種提高鈣鈦礦結構鐵電材料居里溫度的方法，其特征在于包括如下步驟：

①材料合成在空氣中進行，在合成步驟中添加Mn²⁺的正二價氧化物作為添加劑或者經過高溫處理后變為Mn²⁺，配料后獲得通式為AB_1-xMn_xO₃的鈣鈦礦結構鐵電材料，該鈣鈦礦結構鐵電材料有氧空位產生，該通式中的A占據立方晶胞的頂點位置，A為Ca、Ba、Pb、Bi、K、Na中的至少一種；該通式中的B占據立方晶胞的體心位置，B為Ti，Nb，Mg，Zn，In，Zr中的至少一種；該通式中的O占據立方晶胞的面心位置；該通式中的Mn²⁺替代部分B位的配料；該通式中的x滿足：0.03≥x≥0.01，最大的摻雜溶度以在材料中不出現非鈣鈦礦結構的材料為準則；

②將上述獲得的鈣鈦礦結構鐵電材料在空氣中室溫老化或者施加沿著單晶<001>方向極化。