柔性钛酸锶钡薄膜制备及其电卡制冷和湿度传感器件

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柔性电子技术是当今时代人工智能、大数据和物联网以及微电子器件小型集成化背景下又一大新的器件发展方向,新一轮的柔性电子革命已然到来。基于柔性电子技术的柔性能量收集器、柔性显示屏、柔性传感器可望应用于能源、医疗、通信等领域。目前柔性压电铁电功能器件核心功能元件——压电铁电材料现今以含铅材料为主,对自然环境和身体安全有大的破坏。本文即采用无铅铁电材料钛酸锶钡(Ba0.67Sr0.33TiO3,BST)制备柔性电卡制冷和湿度传感器,面向生产生活中亟需解决的散热问题和不可或缺的湿度检测,提供高效绿色的解决方案。利用溶胶凝胶法在准二维柔性衬底云母(Mica)上制备BST薄膜作为器件功能层,主要研究了BST薄膜最佳退火温度和退火方式,并对其形貌结构进行了充分分析。其中二次退火致密、低漏电流的BST薄膜制备Mica/LNO/BST/Pt结构的柔性电卡制冷器件,一次退火多孔BST薄膜制备Mica/BST/IDEs(叉指电极,Interdigital Electrodes,简写为IDEs)构型的柔性湿度传感器件。制备的柔性电卡制冷器件弯曲状态下600 kV/cm电场下最大电卡值ΔT=2.8 K,ΔS=4.8 J K-1 kg-1,可实现5000次左右的弯曲仍保持性能不变。柔性湿度传感器适用于高湿环境湿度(5585%RH)检测,电容变化皆适用于水平和弯曲状态下湿度检测,阻抗变化只适用于水平状态湿度检测。弯曲时的响应恢复时间分别为12 s和13 s,可实现20000次的弯曲保持性能不变。综上所述,本论文系统地研究了无铅铁电薄膜的直接制备并探索了其在柔性电卡制冷、柔性湿度传感方面的应用,为生产生活中的特殊环境散热和湿度监测两大问题提供了有价值的解决方案,促进了柔性电子的学科内涵和应用外延。
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