【摘 要】
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透明压铁电陶瓷具有良好的压、铁电性能,还表现出高的透明性和优异的电光效应,在光存储、光调制器、电控光阀、图像处理等光电领域具有潜在的应用价值,是未来计算机技术、光通讯技术和国防军事应用开发中的关键材料。无铅KNN基压电陶瓷具有超高的压电性能,是最有希望的候选材料之一,而提高其透过率是目前需解决的主要问题。研究表明,当陶瓷晶粒尺寸减小到亚微米、纳米级时,陶瓷的透过率明
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透明压铁电陶瓷具有良好的压、铁电性能,还表现出高的透明性和优异的电光效应,在光存储、光调制器、电控光阀、图像处理等光电领域具有潜在的应用价值,是未来计算机技术、光通讯技术和国防军事应用开发中的关键材料。无铅KNN基压电陶瓷具有超高的压电性能,是最有希望的候选材料之一,而提高其透过率是目前需解决的主要问题。研究表明,当陶瓷晶粒尺寸减小到亚微米、纳米级时,陶瓷的透过率明显提高,但其压电性能显著降低,甚至丧失。因此,KNN基透明铁电陶瓷透过率与压电性能这一矛盾是制约其发展的关键瓶颈。针对上述问题,本论文主要通过化学组分设计制备了KNN基透明陶瓷,研究了气孔散射和晶界处双折射等对透过率的影响,揭示了其透明机理。在此基础上,通过微观结构(如晶粒尺寸、气孔)和相结构的设计,协同调控透过率和压电性能,为实现KNN基透明铁电陶瓷的多功能化提供新思路。全文主要结论如下:(1)基于实验和第一性原理计算相结合,系统研究了纯KNN陶瓷相结构特性及Bi离子掺杂对其透过率的调控作用。实验表明,室温下纯KNN陶瓷为正交相,与计算结果一致。理论计算结果表明,三方(四方)相的总能量与正交相的非常接近,意味着其正交相容易向三方(四方)相转变。理论计算发现,Bi离子替代Nb离子使得KNN的带隙间出现杂质能级,有利于电子跃迁,阐明了实验中禁带宽度Eg减小的原因。KNN-xBi陶瓷形成了亚微米级的晶粒(
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