[发明专利]一种控制介电材料表观挠曲电效应的方法

说明书

本发明提供了一种控制介电材料表观挠曲电效应的方法，在所述介电材料表面复合一层与所述介电材料不同的异类物质层，所述异类物质层选自金属或无机非金属。本发明提供的控制介电材料表观挠曲电效应的方法简单，异类物质只复合在介电材料的表面，并不影响材料的其它性能，并且对介电材料结构和形状没有影响。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种控制介电材料表观挠曲电效应的方法。

背景技术

表观挠曲电效应是一种普遍存在的物理现象，被定义为材料在应变梯度作用下的电极化响应现象(正表观挠曲电效应)，或者在电场梯度作用下的应力响应现象(逆表观挠曲电效应)。由于表观挠曲电效应和压电效应类似，所以通过设计特殊的材料结构或几何形状可以产生类压电响应的效果。同时，由于表观挠曲电效应不受材料对称性的限制可以存在于所有介电材料中，所以基于表观挠曲电效应制备的挠曲电压电复合材料可以在较高温度下仍能产生类压电响应。现在常用的压电材料的都是经过极化作用之后的铁电材料，因为常规铁电材料内的自发极化方向是随机排列的，整体不表现出压电性。经过极化后，自发极化方向排列取向，表现出压电性，所以当温度超过退极化温度时会发生压电性消失的现象，但是材料的表观挠曲电效应不需要经过这么复杂的过程。所以，挠曲电压电复合材料具有传统压电材料不可能具备的高温度稳定性优点。

压电材料的性能研究得到了广泛的研究，可能通过多种方法实现对材料压电性能的控制，以便使材料的压电效应适应不同器件中的应用。但是，对材料的挠曲电性能的调节手段并不是很多。一些方法可用来控制材料的表观挠曲电效应，比如介电常数控制和尺寸效应控制。材料的表观挠曲电系数与材料的介电常数呈线性关系，所以可以通过化学掺杂方法调节材料的介电常数，进而控制材料的表观挠曲电效应。由于表观挠曲电效应具有尺寸效应，即在较小尺度小可以产生较大的应变梯度，从而产生较强的表观挠曲电效应，这种方法的尺度变化跨度通常是从宏观尺度到微观尺度的巨大变化。对于这些方法，介电常数方法需要重新制备原料，工艺流程复杂而尺寸效应方法则是对材料的几何形状和尺寸变化巨大，一般情况下在比较小的尺寸下，增强效果明显。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种控制介电材料表观挠曲电效应的方法，本发明提供的方法简单，不影响介电材料的其他性能以及形状。

本发明提供了一种控制介电材料表观挠曲电效应的方法，在所述介电材料表面复合一层与所述介电材料不同的异类物质层，所述异类物质层选自金属或无机非金属。

本发明以介电材料作为控制介电材料表观挠曲电效应的原料。

其中，所述介电材料选自铁电陶瓷材料。在本发明的一些具体实施方式中，所述介电陶瓷材料选自钛酸铋钠基陶瓷、钛酸钡、钛酸锶、钛酸铅、锆酸铅、铁酸铋、铌酸钾纳铁电氧化物和由上述成分的掺杂物，以及由上述成分组成的二元和多元固溶体。在本发明的一些具体实施方式中，所述钛酸铋钠基陶瓷选自0.92Na_1/2Bi_1/2TiO₃-0.08BaTiO₃陶瓷、BaTiO₃陶瓷、硬性掺杂的锆钛酸铅铁电陶瓷(PZT-81)、0.94Na_1/2Bi_1/2TiO₃-0.06BaTiO₃陶瓷片或BST陶瓷。

参见图1，图1为介电材料的结构断面示意图。在刚烧结好的或经过高温热处理的陶瓷片表面，有一层的表面作用层，它与材料的内部体相材料在结构和性能上有所不同，表面层的存在对材料的表观挠曲电效应有大幅增强的作用，因此，本发明采用在材料表面层复合一层异类物质来影响材料的挠曲电性能，达到控制材料表观挠曲电效应的目的。

在本发明中，对所述介电材料的来源并没有特殊限制，可以自行制备，也可以为市售产品，其中，对于自行制备的方法没有特殊限制，本领域技术人员公知的能够得到介电材料的方法都可以应用于本发明。