《反鐵電體的非線性介電回響及其介電可調性研究》是依託同濟大學，由楊同青擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：反鐵電體的非線性介電回響及其介電可調性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：楊同青
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
鐵電材料的非線性介電回響及其介電可調性一直為大家所關注。反鐵電體是鐵電材料的一種，但又與其在結構上明顯不同。反鐵電體由於結構上相鄰子晶格自發極化方向的反向平行排列，巨觀極化強度為零，但在電場作用下子晶格可以被反轉誘導為鐵電體，呈現出場誘相變的特點。因此同鐵電體的介電可調隨電場的單向變化相比，反鐵電體在電場作用下的介電非線性回響，呈現出介電常數先增大後減小的雙向可調變化，這意味著在某些套用方面反鐵電體比鐵電體更具獨特優勢，如在介質儲能套用方面就需要在高電場下繼續保持高介電常數，但鐵電體介電常數卻隨偏置電場呈快速下降趨勢。因此本項目擬通過對反鐵電體的非線性介電回響及其可調雙向變化機制的系統研究，探索在電場誘導下子晶格反轉、取向對介電回響的貢獻，以及電場的調控機理，拓展和豐富非線性介電回響和介電可調性的研究深度，並以介電常數隨偏置電場增大這一物理效應為出發點，開展高儲能密度反鐵電介質材料的研究。
結題摘要
本課題圍繞著反鐵電體材料的組份、結構、工藝和性能之間的相互關係，對反鐵電體的非線性介電回響及其介電可調性進行了重點研究，取得了以下幾方面成果：搭建和完善了反鐵電材料的製備和性能測試系統，為項目研究的順利完成奠定了基礎；詳細研究了反鐵電體材料組份變化對結構和性能的影響，特別是通過組分調節Ti/Sn、Zr/Sn比和微量離子摻雜來裁剪場誘相變性能，如相變電場、回滯、介電常數、居里溫度等的大小，以及鐵電相與反鐵電相的結構變化，為設計反鐵電材料的場誘相變性能參數、滿足不同的套用要求打下了基礎，並以此為基礎通過工藝製備條件和組分的最佳化，獲得了可針對不同研究需求的樣品；研究了組分、溫度、電場對非線性介電回響的影響和調控，對比和分析了鐵電和反鐵電相介電常數隨偏置電場變化的異同，以及反鐵電體非線性介電回響雙向變換機制，通過樣品溫度和居里溫度的相互關係，實現了對非線性介電回響在臨界電場處的雙向變換幅度的調控，並研究了其對放電性能的影響規律；在高儲能密度反鐵電材料的製備與性能研究方面，採用扎膜製備工藝並通過最佳化，有效地提高了反鐵電體介質材料的擊穿場強，由塊體的25kV/mm左右增加到厚膜的41kV/mm以上，並觀測到了反鐵電體中存在的多次相變，電場誘導出的總極化強度可達41μC/cm2，對應儲能密度可達10.4J/cm3，這一數值對陶瓷樣品而言是比較高的。這些研究成果將推動反鐵電體介質材料朝著高儲能密度瓷料和多層陶瓷電器套用方向發展。
