溶胶电泳沉积法制备PZT膜材料技术及性能研究

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随着电子信息技术和控制技术的不断发展，器件的小型化和集成化对材料提出了新的要求。PZT膜因其优良的铁电性能、介电性能、压电性能和光电性能以及易与半导体技术集成等特点，已成为国际上功能材料和新器件的热点之一。特别是PZT铁电膜材料作为微传感及驱动器件应用时的高灵敏度和高输出应变的特点，使其成为微机电系统器件(MEMS)最有前途的候选材料之一。 PZT膜制备方法很多，其中溶胶-凝胶法由于设备简单等优点而被普遍使用，但由于这种方法具有致密度不够高、沉积速度慢等缺点，为此本论文在溶胶-凝胶法和电泳沉积法的基础上，提出运用溶胶电泳沉积法来制备PZT膜，研究了原料配比、前驱液浓度、悬浊液中分散相PZT超细粉末饱和含量、ζ电位、电泳电压、电泳时间等对PZT膜结构与性能的影响。结果表明，采用溶胶电泳沉积工艺制备PZT膜，在热处理过程中不易失铅，原料配比为Pb：Zr：Ti=1.05：0.52：0.48时，可得到完全钙钛矿结构的PZT膜。前驱液浓度和加水量对PZT溶胶质量产生较大影响，当浓度为0.2～0.3M、加水量为11.67vol﹪时，可获得丁达尔现象明显、澄清透明稳定的溶胶，可以满足电泳要求。在溶胶中加入PZT超细粉末制成悬浊液，可提高固含量进而提高膜的致密度及可制备厚膜，但PZT粉末的加入有一个饱和含量，为13.4wt﹪。调节pH=3～4时悬浊液最为稳定，ζ电位最大。溶胶电泳沉积工艺，电泳电压对PZT膜的结构和性能产生较大影响，当电泳电压为1V时，获得了完全钙钛矿结构的PZT膜，避免了金属铅在阴极上的析出。PZT膜的厚度随电泳时间延长而增大，当电泳时间超过300min后，厚度增长变得缓慢。最后，通过控制热处理温度，可制备介电、铁电性能较好的PZT膜，当热处理温度为600℃，保温时间为30min时，相对介电常数ε33/ε0为781，介电损耗tanδ为0.8﹪，剩余极化Pr为24.6μC/cm2，矫顽场Ec为61.9kV/cm。

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作者
魏长松;
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作者单位

武汉理工大学;

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授予单位武汉理工大学;
学科材料学
授予学位硕士
导师姓名周静;
年度 2006
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类特种结构材料;
关键词
溶胶电泳沉积法; 介电性能; 铁电性能; 膜材料; 铁电膜;

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