文 献 综 述

#167;1.1研究背景

在电子，微机电领域中，压电陶瓷材料有着非常广泛的应用。但是目前使用的压电陶瓷中Pb的含量高达60%以上，在制备、使用及废弃处理过程中对环境造成严重的污染。近年来，随着人们环境保护意识的增强，无铅压电陶瓷逐渐成为人们研究的热点。^[1-3]无铅压电陶瓷主要有4类:BaTiO3基压电陶瓷、Bi0.5Na0.5TiO3（BNT）基压电陶瓷、Bi层状结构的压电陶瓷及铌酸盐压电陶瓷。其中，BNT基压电陶瓷具有压电性能、机械性能优良和环境协调性良好的等特点，被认为是最有可能取代铅基压电陶瓷的材料体系之一。同时，高介电薄膜材料具有较高的电荷存储能力，若用在集成电路上的芯片电容，能减少集成电路上的电容所占面积，提高电路集成密度，因而日益受到人们的关注。^[4]

#167;1.2.1 压电陶瓷

陶瓷是各向同性的多晶烧结体。若组成陶瓷体的每个小晶粒是铁电晶粒，这类陶瓷叫铁电陶瓷。在直流电场作用下，铁电陶瓷各晶粒中的自发极化将延最靠近电场的可能方向进行排列，因而在总体出现沿电场方向的剩余极化，外加电场方向就成为陶瓷的极化性方向。显然，这种陶瓷不再各向同性，因而具有压电性。由此可以看出，陶瓷压电性要有两个条件：一是组成陶瓷的晶粒具有铁电性；二是需经强直流电场处理（人工极化）。压电陶瓷就是经过人工极化处理的铁电陶瓷。

陶瓷的压电性首先在钛酸钡（BaTiO₃）上发现的。但纯BaTiO₃陶瓷难以烧结，居里温度又不高（约120℃），而且室温附近（约5℃）存在相变。虽然经过不同的掺杂改性，但是其压电性只能属中等，因此使用范围不大。

#167;1.2.2压电陶瓷的压电机理

陶瓷材料是由粉体颗粒之间的固相反应通过烧结过程而获得的微晶不规则几何多晶体。由于陶瓷内部的自发极化是随机取向的，因此整体上表现不出压电效应。要使烧结后的铁电陶瓷具有压电性，必须进行人工极化处理。人工极化是在压电陶瓷上施加直流强电场进行极化，极化后陶瓷的各个晶粒内的自发极化方向将平均的取向于电场方向，因而具有近似于单晶的极性，并表现出明显的压电效应。

当外电场施加于铁电体晶体时，极化强度沿电场方向分量的电畴变大，而与之反平行方向的电畴则变小。这样，随着电场强度E的增加，铁电体的极化强度开始慢慢变大，之后随着电场强度的增加而迅速增大，如图1-1中的OAB曲线所示。当电场强度继续增大到使晶体内只存在与其同向的单个电畴时，铁电体的极化强度达到饱和，相当于图中C附近的部分。如果电场强度自图中C处开始降低，晶体的极化强度也随之下降。但当电场强度降至0时，还存在一个剩余极化强度Pr。陶瓷晶体也因此具有压电性^［5］。