制备拥有三临界点的高性能外延无铅压电薄膜

We will synthesis lead-free piezoelectric epitaxial thin film with tricritical triple point via pulsed laser deposition. Ceramic with tricritical triple point is one new candidate in the lead-free piezoelectric family ust developed in 2009. Since this is a relatively new area, tricritical triple piezoelectric thin film is barely studied. In this proposal,we will try to grow this new thin film via pulsed laser depostition. After obtaining the orineted thin film with tricritical triple point, we will continue optimize the experimental condition to obtain high piezoelectric coefficient. Thin film growth mechanism, microstructure, ferroelectric domain, relationship between structure and property are several important issues need study in this proposal. Our goal is to enhance piezoelectric coefficient of thin film about 50%, and increase the Curie temperature from 48 degree celsius to 80 degree celsius.

本项目将采用脉冲激光沉积的方法，制备拥有三相临界点的高性能外延无铅压电薄膜。在前期从高性能无铅压电块体材料的研究中得出的三临界普适理论指导下，拥有三相临界点的薄膜也将具有优异的压电性能，并有望借助外延技术突破瓶颈，提高无铅材料的居里温度。申请人将对薄膜的定向生长条件，成膜机理，压电性能进行研究，寻找出合适的靶材组分，基板取向，以及其他关键生长条件。并从多尺度入手探索薄膜的微观结构，位错，铁电畴，生长取向和电学性能之间的关系，揭示其中的物理机制。希望通过外延薄膜技术使得无铅压电材料的压电系数和居里温度都得到提升。目标是把薄膜压电系数提高50%以上，无铅材料的居里点从不到50摄氏度提高80摄氏度以上。

当前，随着生活水平的提高人们对环境和健康提出了越来越高的要求。为了满足这些需求，压电材料的无铅化成为了发展下一代电子材料的重要方向。本项目在前期关于高性能无铅压电陶瓷块体材料的研究中得出的普适理论的指导下，立足于借助相关的制备技术提高材料的居里温度（这同时也是前期研究中出现瓶颈问题）。通过努力，取得以下结果：首先，对具有高压电性的陶瓷靶材进行了研究（同时也是验证性能为后续实验做准备）。我们，通过实验和理论分析认识到如果能在材料的相图上构建一个四相点，将有望提高材料的压电性，成功的拓展了原有理论。其次，利用这些高性能陶瓷作为靶材通过脉冲激光沉积技术制备了外延生长的薄膜，通过改变试验参数可以调控薄膜的取向，厚度等。薄膜的居里温度有所提高，但由于单晶基板的作用，压电性能提高不大。为了避免单晶基板对薄膜样品形变的限制，我们还用电纺丝技术制备了锆和钙掺杂的钛酸钡（BZT-xBCT）纳米纤维，发现可以提高其居里温度同时也有好的压电相应。通过这些努力，我们达到了项目立项时的目标。