[发明专利]低居里点的高介电电场双向可调的PZT基反铁电陶瓷材料及其制备

说明书

技术领域

本发明涉及一种低居里点T_C的高介电电场双向可调的PZT基反铁电陶瓷材料及其制备，属于电子材料与器件技术领域。

背景技术

反铁电体是铁电材料的一种，对于反铁电体的研究也离不开自发极化对外界的响应。与铁电体不同，反铁电体由于结构上相邻子晶格自发极化方向的反向平行排列，宏观极化强度为零，但反铁电体在电场作用下可被诱导为铁电体。同铁电体极化强度的变化相比，在电场作用下反铁电-铁电结构相变所引发的极化强度变化要大得多，这意味着在某些物理性能上反铁电体对外场的响应要比铁电体灵敏的多，因而研究反铁电体在外场诱导下宏观极化强度的跃变就具有重要的物理意义。此外，通过对电场大小的控制，场诱相变还提供了可开关、可调谐的热释电效应，并具有与介电极化耦合形成增强效应的可能；温度和压力也能诱发铁电与反铁电之间的相互转变，可见在研究铁电材料多场耦合诱导的相变物理特性方面，反铁电体是一个不可多得的素材。

一般而言，强反铁电体在电场作用下，被诱导出的铁电态在电场撤去后，宏观极化强度仍然复原到零状态。在对反铁电陶瓷Pb(Zr，Sn，Ti)O₃(PZST)的研究中发现，PZT陶瓷在高锆区域，通过Sn、La的掺入，在靠近反铁电(AFE)-铁电(FE)准同型相界附近反铁电一侧区域，反铁电体被电场诱导出的铁电态可在一定条件下以亚稳态的形式存在，即当电场撤去后(减小为零)，铁电态并没有回到反铁电态，而是继续保持着铁电态(即亚稳铁电态)，宏观极化强度不为零。但亚稳铁电态是不稳定的，在一定条件下，能返回到反铁电态。特别值得注意的是，这一相变温度可随偏置电场大幅度移动，平均移动幅度为39℃/kV·mm^-1，远大于电场对其它相变温度的移动幅度，是目前已知钙钛矿铁电体中最大的；移动范围可从室温移动到90℃，也远大于其它相变温度移动范围。理论上讲，铁电(FE)→反铁电(AFE)相变温度T_FE-AFE随偏置电场可移动范围在T_FE-AFE和Tc之间，T_FE-AFE越低，可移动范围越大。

偏置电场下热释电性能研究较多的材料有KTa_xNb_1-xO₃(KTN)、(Ba，Sr)TiO₃(BST)、Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃(PMN)和Pb(Sc_1/2Ta_1/2)O₃(PST)等。过去的研究大多集中在偏置电场对铁电-铁电、铁电-顺电相变的作用上，这些相变温度随电场的移动幅度和范围一般都很有限，并且介电常数和热释电系数的峰值所位于的居里点Tc较高(T_C＞200℃)，不利于使用；可调控范围和幅度有限。

因此掺入Ba后的PZST反铁电陶瓷具有较低的居里点，所呈现出的这些相变特征为研究可开关、可调控的热释电效应提供了可能，是一类很有研究开发前景的相变热释电材料。制备出在偏置电场下既具有高介电常数、高热释电响应，在低的T_C附近具有高介电电场双向可调特性以及低介电损耗的反铁电材料体系具有更广泛的应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种低居里点T_C的高介电双向可调的PZT基反铁电陶瓷材料及其制备，以克服现有技术的不足。所述PZT基反铁电陶瓷材料在偏置电场下既具有高介电常数、高热释电响应，在低的T_C附近具有双向介电电场可调的特性。

本发明的低居里点T_C的高介电双向可调的PZT基反铁电陶瓷材料，其化学成分符合化学通式：(Pb_0.99-x-yBa_xLa_y)(Zr_0.51Sn_0.39Ti_0.10)O₃(简称为PBLZST)，其中，x的取值范围为0＜x≤0.20；y的取值范围为0＜y≤0.06。化学通式中元素右下角部分代表各对应元素的摩尔数。

较佳的，所述PZT基反铁电陶瓷材料的化学通式中，y的取值范围为0.02≤y≤0.06；进一步的，y的取值范围为0.02≤y≤0.04。

较佳的，所述PZT基反铁电陶瓷材料的化学通式中，x的取值范围为0.01≤x≤02；进一步的，x的取值范围为0.01≤x≤0.12。