[发明专利]提高钙钛矿结构铁电材料居里温度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钙钛矿结构铁电材料处理方法。

背景技术

铁电材料是一种具有自发极化，且自发极化在外电场作用下，能够发生重新取向的材料。它是一类非常重要的电子材料，能够广泛应用在压电换能器，铁电存储器，红外探测器，压电传感器等领域。铁电材料可以为块体陶瓷多晶材料，单晶材料，薄膜等形式存在。铁电材料有一个重要的特征那就是它具有居里温度，在居里温度以下，铁电材料为铁电相，具有自发极化。超过居里温度，铁电材料从四方相转变成顺电立方相，失去铁电性，相对应的压电性，热释电性等电学性能都消失。因此居里温度的高低是铁电材料的一个重要的参数指标。

钙钛矿结构的材料是铁电材料当中最重要的一种材料，他的化学通式可以写成ABO₃,A位可以是Ca，Ba，Pb，Bi，K，Na等,占据着立方晶胞的顶点位置；B位可以是Ti，Nb，Mg，Zn，In，Zr等，占据着立方晶胞的体心位置；而O占据着立方晶胞的面心位置，晶体结构如附图1所示。利用不同的元素组合可以形成不同的铁电材料，如：Pb(Zr_xTi_1-x)O₃，BaTiO₃,Ba_xCa_1-xTiO₃，(1-x)(K_1/2Na_1/2)NbO₃-xLiNbO₃，(1-x)(Bi_1/2Na_1/2)TiO₃-xBaTiO₃，(1-x)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-xPbTiO₃，(1-x)Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃-xPbTiO₃等。

传统制备的铁电材料的居里温度主要依赖于材料的化学成分，也就是通常所说的化学方法。但是在提高居里温度的时候，伴随着钙钛矿结构铁电体的电学性能的下降。比如在(1-x)Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃-xPbTiO₃固溶铁电体中，随着PbTiO₃的含量增加，它的居里温度增加，当材料转换成四方铁电相时，它的压电性能伴随着很大的降低。同样其它的铁电体也具有类似的性质，电学性能和居里温度似乎是矛盾的。但是物理方法可以进一步提高材料的居里温度，也就是当材料的化学成分固定下来后，在使用的时候通过给铁电材料加外加电场和应力等可以提高材料的居里温度，但是这种方法往往使得铁电材料在应用的时候大大增加使用的难度以及使用成本。因此有必要发明一种简单的物理方法来提高铁电材料的居里温度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种能提高钙钛矿结构铁电材料居里温度的方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种提高钙钛矿结构铁电材料居里温度的方法，其特征在于包括如下步骤：

①材料合成在空气中进行，在合成步骤中添加Mn²⁺的正二价氧化物作为添加剂或者经过高温处理后变为Mn²⁺，配料后获得通式为AB_1-xMn_xO₃的钙钛矿结构铁电材料，该钙钛矿结构铁电材料有氧空位产生，该通式中的A占据立方晶胞的顶点位置，A为Ca、Ba、Pb、Bi、K、Na中的至少一种；该通式中的B占据立方晶胞的体心位置，B为Ti，Nb，Mg，Zn，In，Zr中的至少一种；该通式中的O占据立方晶胞的面心位置；该通式中的Mn²⁺替代部分B位的配料；该通式中的x满足：0.03≥x≥0.01，最大的掺杂溶度以在材料中不出现非钙钛矿结构的材料为准则；

②将上述获得的钙钛矿结构铁电材料在空气中室温老化或者施加沿着单晶<001>方向极化。