山东建筑大学
硕士学位论文
Ca<,x>Sr<,1-x>Bi<,4>Ti<,4>O<,15>铁电陶瓷及薄膜的制备及
性能研究
姓名：张丰庆
申请学位级别：硕士
专业：材料加工工程
指导教师：范素华
20070501
山东建筑大学硕士学位论文
层中，正离子也可象钙钛矿型化合物一样被多种离子取代，但（Ｂｉ２０２）２＋层中的铋离子很难被其它三价离子取代。铋层类钙钛矿结构化合物的居里温度一般都比较高，约在５００～７００＂Ｃ之间，并且材料结构的宽容性很大，因此是非常有用的高温压电铁电陶瓷睁１１ｌ。铋层类钙钛矿结构材料具有良好的抗疲劳性能，剩余极化较大，因此，近年来对这类材料的研究越来越多。
图１．６ＳｒＢｉ４ＴｈＯⅡ晶体结构示意图
在铋层状钙钛矿铁电材料中，目前研究较多的材料有ＳｒＢｉ２Ｔａ２０９（Ａ＝Ｓｒ，Ｂ＝Ｔａ，ｍ＝２）、Ｂ讥ｊ３０１２（Ａ＝Ｂｉ，Ｂ＝ｎ，ｍ＝３）、ＳｒＢｉ４Ｔｉ４０１５（Ａ＝Ｂｉ／Ｓｒ，Ｂｉ／Ｓｒ＝２：１，Ｂ＝啊，ｍ＝４）等。图１．６１１２】为ＳｒＢｉ４Ｔｉ４０１５的结构，可以看成是由４层以顶角相连接的【面０６】氧八面体类钙钛矿层（ｓｒＢｉ２，几０１３）２。被（Ｂｉ２０２）２＋层隔－开【１２１。
对于铋层状钙钛矿结构铁电材料，由于Ｂｉ２０２层和钙钛矿层的共生，要求满足同样的侧向尺寸，使容限因子变小，其ｔ值范围为０．８１－０．９３，比纯钙钛矿对应范围要窄。在类钙钛矿层中，正离子可以被多种离子取代，但（Ｂｉ２０２）２＋层中的Ｂｉ３＋很难被除Ｌａ３＋以外的其它离子所取代。
１．２．２自发极化的区别
１．２．２．１钙钛矿结构铁电体的自发极化１３－４１
以ＢａＴｉ０３为主晶相的铁电陶瓷，是钙钛矿型铁电体的典型代表。ＢａＴｉ０３在１２０。Ｃ以上为顺电相立方结构，空间群Ｐｍ３ｍ；在１２０。Ｃ发生顺电．铁电相变进入铁电相。温度在１２０℃－５０℃之间时ＢａＴｉ０３是四方相的，空间群为Ｐ４ｍｍ，自发极化沿四重轴。
在立方ＢａＴｉ０３中，处于氧八面体中心中的钛离子可以偏离八面体中心在一定范围内
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导致自发极化不是沿ｃ轴而是沿ａ轴方向。在Ｂｉ２０２层中，四种Ｂｉ．０（３）键长分别为２．５１，
０
２．３１，２．３０，和２．１９Ａ，而在四方结构中，这些键长相等。Ｔａ０６沿ｂ轴扭曲，与ｇ轴的倾角为６．５０（由Ｔａ－０（１）－Ｔａ１６７．００键角得到）。由于平移面和滑动面的存在，沿ｂ轴和ｃ轴的位移分别都相互抵消，它们对总极化无贡献。
根据公式Ｐｓ＝∑ｉ（ｍｉｘＡｘｉｘＯｉｅ）／Ｖ可计算每个离子对总自发极化强度的贡献，式中ｍｉ为位置重复数；Ａｘｉ为相对于四方结构的相应位置而言，原子沿ａ轴的位移；Ｑｉｅ为第ｉ个离子的电荷，ｖ为单位晶胞的体积。通过计算所得的总的自发极化强度为１８．２ｐＣ／ｅｍ２，沿ａ轴方向。
在取ｓｒ位为原点的情况下，每个离子对总的自发极化贡献如图１．９１１４】所示。通过每个离子对总的自发铁电极化贡献的，计算表明，Ｂｉ２０２层中Ｂｉ３＋和Ｔａ０６八面体中ｏ（５）２。的大的原子位移对ＳＢＴ的自发极化起主要作用。虽然在Ｔａ０６八面体中Ｔａ５＋和０各离子对总的自发极化的贡献相反，但Ｔａ０６八面体畸变造成的净极化加强了总的铁电极化。
可见，对于铋层类钙钛矿铁电材料，非铁电相Ｂｉ２０２层对铁电性能有很大的影响。
图１．８在ａ．ｃ和ｂ－ｃ平面ＳｒＢｉ２Ｔａ２０９晶体结构的投影
图中Ｐｓ表示自发极化方向，垂直于ｂ．，ｃ．轴的虚线分别代表滑动面和镜面
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