【摘 要】
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PbTiO3-BiMeO3是一种具有钙钛矿结构的弛豫铁电材料,具有大的饱和极化、高的居里温度和介电常数,被认为是一种极有潜力的储能材料。本文以PbTiO3-BiMeO3基弛豫铁电薄膜为研究对象。通过优化薄膜的制备工艺研究了不同的Me离子掺杂对薄膜的相结构、微观形貌、介电性能及储能行为进行系统的研究。(1-x)PbTiO3-xBi(Mg0.5Zr0.5)O3介电性能及储能行为研究通过优化胶体的制备工
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PbTiO3-BiMeO3是一种具有钙钛矿结构的弛豫铁电材料,具有大的饱和极化、高的居里温度和介电常数,被认为是一种极有潜力的储能材料。本文以PbTiO3-BiMeO3基弛豫铁电薄膜为研究对象。通过优化薄膜的制备工艺研究了不同的Me离子掺杂对薄膜的相结构、微观形貌、介电性能及储能行为进行系统的研究。(1-x)PbTiO3-xBi(Mg0.5Zr0.5)O3介电性能及储能行为研究通过优化胶体的制备工艺及薄膜的热处理工艺,在LaNiO3(100)/Pt/TiO2/SiO2/Si(100)基底上制备(1-x)PbTiO3-xBi(Mg0.5Zr0.5)O3(x=0.3、0.4、0.5和0.6)弛豫铁电薄膜。研究表明,通过引入Mg2+和Zr4+薄膜的晶粒尺寸逐渐的增加;对于介电性能,随着Bi(Mg0.5Zr0.5)O3含量的增加,介电常数逐渐的降低,并且表现出明显的弛豫行为,由x=0.4到0.6其弥散系数由1.97变化到1.64。漏电流密度逐渐降低,击穿场强不断增加,由x=0.3到0.6击穿场强由2368 kV/cm增加到3184 kV/cm。并且铁电性能也得到改善,在x=0.4时得到最佳的储能性能,其储能密度可达32.3 J/cm3,储能效率为51.4%,并且具有较高的介电常数和极小的介电损耗。此外0.6PbTiO3-0.4Bi(Mg0.5Zr0.5)O3还具有优异的储能稳定性。(1-x)PbTiO3-xBi(Mg0.5Ti0.5)O3介电性能及储能行为研究采用溶胶凝胶法在LaNiO3(100)/Si(100)基底上制备(1-x)PbTiO3-xBi(Mg0.5Ti0.5)O3薄膜。研究表明,该薄膜的介电常数随温度的变化不大,表现出了优异的介电温度稳定性。随着Bi(Mg0.5Ti0.5)O3含量的不断增加,弛豫性能逐渐的增强,弥散系数由1.82增加到1.96。通常弛豫性的增加有利于提升薄膜材料的极化差值从而提高储能性能。在x=0.5的薄膜中,在2900 kV/cm下获得了超高的能密度为51.0 J/cm3。此外,薄膜还具有良好的频率稳定性和温度稳定性,频率稳定性和温度稳定性的变化率均小于2.8%。0.5PbTiO3-0.5Bi(Mg0.5Ti0.5)O3柔性薄膜储能稳定性的研究采用溶胶凝胶法在LaNiO3(100)/镍箔基底上制备了0.5PT-0.5BMT柔性弛豫铁电薄膜。该薄膜在1950 kV/cm时,其储能密度为25.8 J/cm3,储能效率为59.6%,并且具有优异的储能频率稳定性和温度稳定性。通过不同曲率下对薄膜进行介电性能测试和储能稳定性测试,发现曲率对薄膜材料的介电性能以及储能行为都几乎没有影响。不同曲率下,该薄膜的储能密度的变化率为1%,储能效率的变化率为1.3%。通过5000次弯曲循环后,发现该薄膜的储能行为依然很稳定,其储能密度的变化率为1%储能效率的变化率为0.7%。
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