Li、Ce掺杂对NBTa-CBN高温压电陶瓷性质的影响研究

采用传统固相反应法制备了Ca_0.5(Na_0.5Bi_0.5)_0.5-3x(Li_0.5Ce_0.5)_3xBi₂TaNb_0.99Mn_0.01O₉(CNBTNM-LC100x)高居里温度(T_C)压电陶瓷。研究了Li、Ce复合离子掺杂对陶瓷结构和电学性质的影响。结果表明,随着Li、Ce掺杂量的增加,CNBTNM-LC100x陶瓷的晶体结构趋于由正交相向四方相转变,压电常数d₃₃逐渐增大,当x＞0.04(x为摩尔分数)时,d₃₃趋于降低。x=0.04时,具有最优的综合电学性能,d₃₃约为15.9 pC/N,600 ℃下直流电阻率ρ约为5.9×10⁵ Ω·cm,介电损耗tan δ(1 MHz)约为7%,T_C约为887 ℃。     

Pb(Zn1/3Nb2/3)0.2(Hf1-xTix)0.8O3陶瓷压电能量收集特性研究

采用铌铁矿前驱体两步法制备了Pb(Zn_1/3Nb_2/3)_0.2(Hf_1-xTi_x)_0.8O₃(PZNH_1-xT_x)钙钛矿压电陶瓷,研究了铪钛比对陶瓷相结构、电学性能和能量收集特性的影响。结果表明,当x=0.52时,陶瓷样品位于准同型相界,具有最优综合压电性能：居里温度T_C=287 ℃,品质因数FOM≈14 753×10^-15 m²/N,压电电荷常数d₃₃=492 pC/N。由该组成材料构建的悬臂梁型压电能量收集器输出功率密度高达4.16 μW/mm³,所转化的电能可成功点亮138盏并联的LED灯。结果表明,PZNHT陶瓷在压电能量收集领域具有良好的应用潜力。     

面向超声压电换能器的MnO2掺杂Pb(Sc,Nb)O3-Pb(Hf,Ti)O3陶瓷研究

该文采用固相反应法成功合成了高性能MnO₂掺杂的0.07Pb(Sc_1/2Nb_1/2)O₃-0.93Pb(Hf_0.47Ti_0.53)O₃(PSN-PHT)陶瓷,并从微观形貌、相结构和电学性能等方面综合分析了PSN-PHT陶瓷性能提高的原因。实验结果表明,MnO₂的引入改变了PSN-PHT陶瓷的相结构,使其铁电四方相含量降低,并导致准同型相界(MPB)的出现,同时增大了晶粒尺寸并使晶粒均匀化。当MnO₂掺杂量(摩尔分数)为0.8%时,样品达到最佳性能,其d₃₃、k_p、T_C、Q_m和tan δ分别为450 pC/N、0.65、348 ℃、1 200和0.003 2。该组分样品的温度稳定性远高于商用PZT-5和PZT-8陶瓷,故其在压电陶瓷换能器领域有着巨大的应用前景。     

0.75PZT-xPZN-(0.25-x)PNN压电陶瓷的相结构和电性能

采用传统固相法制备了0.75Pb(Zr_1/2Ti_1/2)O₃-xPb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃-(0.25-x)Pb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃(0.75PZTxPZN(_0.25-x)PNN,摩尔分数x=0.05,0.10,0.15,0.20)压电陶瓷,研究了x值对陶瓷晶体结构、烧结特性、微观组织和介电、铁电、压电性能的影响规律。结果表明,陶瓷中三方相和四方相共存,当x=0.10~0.20时,陶瓷组分位于准同型相界(MPB)附近。随着PZN含量的增加,三方相含量减少,四方相含量增加,陶瓷的介电常数(ε_T)、压电常数(d₃₃)、机电耦合系数(k_p)和能量转化因子(d₃₃×g₃₃)均随之先增大后减小,当x=0.15时,0.75PZT-0.15PZN-0.10PNN陶瓷具有最佳电学性能,即ε_T=1 850,公电损耗tan δ=0.029,居里温度T_C=280 ℃,d₃₃=370 pC/N,k_p=0.67。     

低温烧结压电陶瓷驱动器用材料特性研究

以Pb(Ni_1/3Nb_2/3)O3-Pb(Zr_0.41Ti_0.59)O₃(PNN-PZT)为基础体系，通过对烧结助剂x%CuO(质量比)和y%LiBiO₂(质量比)的质量进行调节，对陶瓷样品的相结构、微观组织形貌及电学性能进行了分析，阐述了助烧剂对陶瓷样品性能的影响。结果发现，在温度940~960 ℃下陶瓷烧结成瓷，且晶粒长大较充分。当x =0.2, y =1时，陶瓷样品的电学性能最优，即此时压电常数d₃₃ =608 pC/N，机电耦合系数k_p=0.65，介电损耗tan δ =2.19%，介电常数ε_r=3 843。采用烧结助剂质量比x=0.2,y=1的粉体制备7 mm×7 mm×36 mm的叠层压电驱动器，然后进行微观组织形貌和位移特性研究。叠层压电驱动器断面微观结构表明，电极层与陶瓷层粘接紧密，无裂缝或间隙产生。位移的测试结果表明，随着电压的增加，位移也在逐渐增加，在驱动电压为150 V时，其最大位移为46.280 μm，位移增大的同时，迟滞逐渐降低。     

异质三明治结构柔性薄膜压电纳米发电机研究

采用旋涂法制备不同质量分数还原氧化石墨烯(rGO)的PVDF/rGO复合薄膜。采用层层堆叠法构建层层组装异质三明治结构(PVDF/rGO-PVDF-PVDF/rGO)的压电纳米发电机(PNG)。系统研究了rGO掺杂、异质结构设计对压电输出性能的影响。研究结果表明，在掺杂rGO质量分数为0.4%时，单层PVDF/rGO复合薄膜压电纳米发电机的开路电压达到1.76 V，短路电流达到0.18 μA。层层组装异质类三明治结构PVDF/rGO_0.4-PVDF-PVDF/rGO_0.4的PNG，开路电压高达7.72 V，是单层PVDF/rGO复合PNG的4.39倍；短路电流可达0.69 μA，是单层PVDF/rGO复合PNG的3.83倍，这促进了电荷的转移，提高了电荷利用率。PVDF/rGO_0.4-PVDF-PVDF/rGO_0.4复合层层异质结构PNG经过4 000次循环敲击测试，三层异质复合PNG压电输出稳定，有望在柔性可穿戴电子器件、人机交互及电子皮肤等领域得到广泛应用。     

Cross-interaction between Au and Cu in Au/Sn/Cu ternary diffusion couples

Both Au and Cu are so-called fast diffusers in Sn, and can diffuse very long distances in Sn in a relatively short time. In this study, the cross-interaction between Au and Cu across a layer of Sn was investigated through the use of the Au/Sn/Cu ternary diffusion couples. A 7-μm Au layer and a 100-μm Sn layer were electroplated over Cu foils to produce the Au/Sn/Cu diffusion couples. Aging at 200°C revealed that cross-interaction could occur in as short a time as 10 min. Evidence of this cross-interaction included the formation of (Cu_1−xAu_x)₆Sn₅ on the Au side of the diffusion couples as well as on the Cu side. The reaction products on the Au side included the Au-Sn binary compounds. Between the Au-Sn compounds and the Sn was (Cu_1−xAu_x)₆Sn₅. The reaction products on the Cu side initially was only (Cu_1−xAu_x)₆Sn₅, but a layer of Aufree Cu₃Sn eventually formed between (Cu_1−xAu_x)₆Sn₅ and Cu. A detailed atomic flux analysis showed that the Cu flux through the Sn layer was about 2–3 times higher than the Au flux at any moment. The results of this study show that the cross-interaction of Au and Cu in solders is extremely rapid, and cannot be ignored in those solder joints that have both elements present.     

H2对UHV/CVD低温选择性外延生长Si1-xGex的影响

利用超高真空化学气相沉积(UHV/CVD)成功实现了Si_1-xGe_x的低温选择性外延生长,并研究了H2对选择性外延生长的影响及其作用机理. 以SiH4和GeH4为反应气源,在开有6mm×6mm窗口氧化硅片上进行Si_1-xGe_x外延层的生长.首先分别以不含H2(纯GeH4)和含H2(90% H2稀释的GeH4)的两种Ge源进行选择性外延生长.通过SEM观察两种情况下氧化硅片表面,发现H2的存在对选择性外延生长有至关重要的作用.接着以90% H2稀释的GeH4为Ge源,变化Si源和Ge源的流量比改变H2分压,以获得SiH4和GeH4 (90% H2）的最佳流量比，使外延生长的选择性达到最好. 利用SEM观察在不同流量比时，经40min外延生长后各样品的表面形貌，并对其进行比较，分析了H2分压在Si_1-xGe_x选择性外延生长中的作用机理.     

Sr取代硬性PMS-PZT压电陶瓷研究

采用常规固相反应法合成了Pb_1-xSr_x(Mn_1/3Sb_2/3)_0.05Zr_0.48Ti_0.47O₃+0.25%CeO₂+0.50%Yb₂O₃+0.15%Fe₂O₃ (PMS-PZT, x=0, 0.02, 0.04, 0.06)的三元系硬性压电陶瓷。采用X线衍射仪、准静态压电常数测试仪和铁电测试仪系统地研究了Sr取代对PMS-PZT陶瓷的相结构及电学性能的影响。实验结果表明,无Sr取代和有Sr取代的PMS-PZT压电陶瓷均具有单一的四方相晶体结构。当x=0.02时,PMS-PZT的性能最佳:d₃₃=415 pC/N,Q_m=522,T_C=291 ℃,k_p=0.64,ε_r=1 304,Pr=11.32 μC/cm²,Ec=9.05 kV/cm。     

基于Al0.8Sc0.2N压电薄膜MEMS声波器件的研制

该文介绍了一种由5×5个半径为200 μm圆形阵列组成,应用于水听器的高性能压电微机电系统(MEMS)声波器件,尺寸为3 mm×3 mm。采用钪掺杂(质量分数为20%)增强了AlN薄膜的压电系数,并通过双电极结构配置及优化结构尺寸来增强声压作用下的电信号输出,以实现压电MEMS声波器件具有更好的接收灵敏度。声波器件在空气中的接收灵敏度为-166.8 dB(Ref.1 V/μPa),比相同结构基于AlN薄膜的声波器件约高2.6 dB。在50 Hz~3 kHz带宽范围内,器件灵敏度曲线变化小于1.5 dB,具有平坦的声学响应。结果表明,基于Al_0.8Sc_0.2N薄膜的压电MEMS声波器件具有更高的接收灵敏度,经水密封装制成的水听器可应用于管道泄漏探测及海洋噪声监测等工程中。