（凝聚态物理专业论文）钛酸钡基陶瓷的压电物性与钛酸铜钙陶瓷的高介电物性.pdf

i j 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 兰p 塑塾 日期：型：至 学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 即，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其 它复制手段保存论文和汇编本学位论文 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：j 越导师签名：蛳日期：塑业 山东大学博士学位论文 目录 摘| 喜。l j d l l 3 s t r a c t v 符号说明x 第一章绪论l 1 1 电介质与极化。l 1 2 压电陶瓷与钛酸钡( b a t i 0 3 ) 。，。一。3 1 2 1 压电效应与压电陶瓷3 1 2 2 无铅压电陶瓷研究进展4 1 2 3b a t i 0 3 的晶格结构与电畴构型7 1 3 高介电材料与钛酸铜钙( c a c u s t i 4 0 1 2 ) 11 1 3 1 高介电材料1 1 1 3 2c a c u 3 t u o l 2 高介电材料研究现状1 2 1 4 电子陶瓷的制备工艺1 6 1 5 压电陶瓷有关的主要性能参数1 8 1 6 论文概要2 0 第二章材料电学参数变温特性自动测试系统的设计与应用2 2 2 1 引言2 2 2 2 宽温区介电测试系统2 3 2 2 1 设计目标2 3 2 2 2 设计方案2 3 2 2 3 低温及高温模块设计2 3 2 2 4 用户接口设计2 4 2 2 5 小结一2 5 2 3 材料电学输运特性变温测试系统2 6 2 3 1 设计目标2 6 2 3 2 设计方案2 6 2 3 3 硬件设计及连接2 7 2 3 4 自动测试及用户界面设计2 旷 山东大学博士学位论文 2 3 5 小结3 0 第三章b a t i 0 3 陶瓷的压电晶粒尺寸效应3 l 3 1 前言3l 3 2 实验过程3 5 3 3 实验结果分析与讨论3 5 3 3 1 高致密度b a t i 0 3 陶瓷制备。3 5 3 3 2b a t i 0 3 陶瓷的介电压电晶粒尺寸效应3 8 。 j 3 3 2 1 晶格结构3 9 3 3 2 2 内应力4 1 3 3 2 3 电畴结构4 5 3 4 小结5 2 第四章强压电活性高温度稳定性b a ( t i ，z r ) 0 3 基压电陶瓷的制备与物性研究5 4 4 1 前言5 4 4 2 实验过程。5 5 4 3 实验结果分析与讨论5 5 4 3 1z r 取代对b a t i 0 3 压电陶瓷的温度稳定性的影响。5 5 4 3 2z r 取代对b a t i 0 3 压电陶瓷的压电活性的影响6 0 4 3 3c u o 掺杂对b a ( t i ，z r ) 0 3 压电陶瓷的压电物性的影响6 4 4 3 3 1 压电活性6 4 4 3 3 2 抗老化特性6 7 4 3 3 3 温度稳定性6 8 4 4 ，j 、结7 0 第五章c a c u 3 t i 4 0 1 2 高介氧化物陶瓷的介电物性研究7 2 5 i 前言7 2 5 2 实验过程7 3 5 3 实验结果分析与讨论7 4 5 3 1 室温介电谱与微观结构7 4 5 3 2 高温介电谱7 6 5 3 3 复阻抗谱= = 7 8 山东大学博士学位论文 5 3 4 金属电极效应8 l 5 3 5 等效电路8 2 5 4 结论8 7 第六章c a c u 3 t i 4 0 1 2 陶瓷的高温电学输运机制研究8 8 6 1 前言8 8 6 2 实验过程8 9 6 3 实验结果与讨论9 0 ： 6 4 ，j 、结9 7 第七章总结与展望9 8 7 1 总结9 8 7 2 展望9 9 参考文献101 致谢118 发表论文、专利及获奖情况1 2 0 英文论文一1 2 2 英文论文二1 2 5 山东大学博士学位论文 1 山东大学博士学位论文 a b s t r a c t ( i nc h i n e s e ) i a b s t r a c t ( i ne n g l i s h ) v s y m b o ll i s t x c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 1 1 1d i e l e c t r i c sa n dd i e l e c t r i cp o l a r i z a t i o n 1 1 2p i e z o e l e c t r i cm a t e r i a l sa n db a t i 0 3 3 1 2 1p i e z o e l e c t r i ce f f e c ta n dp i e z o e l e c t r i cc e r a m i c s 3 1 2 2c u r r e n td e v e l o p m e n to fl e a d f r e ep i e z o e l e c t r i cc e r a m i c s 4 1 2 3c r y s t a l ls t r u c t u r ea n dd o m a i nc o n f i g u r a t i o no f b a t i 0 3 7 1 3h i g hd i e l e c t r i cm a t e r i a l sa n dc a c u 3 z i 4 0 1 2 11 1 3 1h i g hd i e l e c t r i cm a t e r i a l s 11 1 3 2c u r r e n td e v e l o p m e n to f c a c u 3 t i 4 0 1 2 1 2 1 4t h ec e r a m i cp r e p a r a t i o nm e t h o d s 16 1 5p h y s i c a lp a r a m e t e r so fp i e z o e l e c t r i cc e r a m i c s 18 1 6o u t l i n eo f t h i st h e s i s 2 0 c h a p t e r2d e s i g na n da p p l i c a t i o no f e l e c t r i c a lp r o p e r t i e sm e a s u r e m e n ts y s t e m s 2 2 2 1i n t r o d u c t i o n 2 2 2 2b r o a dt e m p e r a t u r er e g i o nd i e l e c t r i cp r o p e r t ym e a s u r e m e n ts y s t e m 2 3 2 2 1d e s i g ng o a l 2 3 2 2 2d e s i g np a a e m 2 3 2 2 3l o w t e m p e r a t u r ea n dh i g ht e m p e r a t u r em o d u l e s 2 3 2 2 4u s e ri n t e r f a c e 2 4 2 2 5c o n c l u s i o n s 2 5 2 3e l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t ya n ds e e b e c kc o e f f i c i e n tm e a s u r e m e n ts y s t e m 2 6 2 3 1d e s i g ng o a l 2 6 2 3 2d e s i g np a a e m 2 6 2 3 3h a r d w a r ea n dc o n n e c t i o n 2 7 2 3 4a u t om e a s u r e m e n ts y s t e ma n du s e ri n t e r f a c e 2 8 v 山东大学博士学位论文 2 3 5c o n c l u s i o n s 3 0 c h a p t e r3g r a i ns i z ee f f e c to np i e z o e l e c t r i cp r o p e r t i e s0 f b a n 0 3 c e r a m i c s 31 3 1i n t r o d u c t i o n 3 l 3 2e x p e r i m e n t a lp r o c e d u r e 3 5 3 3r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n s 3 5 3 3 1p r e p a r a t i o no f h i g hd e n s i t yb a n 0 3c e r a m i c s 3 5 3 3 2g r i a ns i z ee f f e c to np i e z o e l e c t r i cp r o p e r t i e so f b a t i 0 3c e r a m i c s 。3 8 3 3 2 1c r y s t a l ls t r u c t u r e 3 9 3 3 2 2i n t e r n a ls t r e s s 41 3 3 2 3d o m a i nc o n f i g u r a t i o n 4 5 3 4c o n c l u s i o n s 5 2 c h a p t e r4f a b r i c a t i o na n dp h y s i c a lp r o p e r t i e so fb a ( t i ，z r ) 0 3c e r a m i c sw i t hh i g h p i e z o e l e c t r i ca c t i v i t ya n ds t a b l et e m p e r a t u r ed e p e n d e n c e 5 4 4 1i n t r o d u c t i o n 5 4 4 2e x p e r i m e n t a lp r o c e d u r e 5 5 4 3r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n s 5 5 4 3 1e f f e c to fz rs u b s t i t u t i o no nt h et e m p e r a t u r ed e p e n d e n c eo fb a t i 0 3 c e r a m i c s 5 5 4 3 2e f f e c to fz rs u b s t i t u t i o no nt h ep i e z o e l e c t r i cp r o p e r t i e so fb a t i 0 3 c e r a m i c s 6 0 4 3 3e f f e c to fc u oa d d i t i v eo nt h ep i e z o e l e c t r i cp r o p e r t i e so f8 a ( t i ，z 0 0 3 c e r a m i c s 6 4 4 3 3 1p i e z o e l e c t r i ca c t i v i t i e s 6 4 4 3 3 2a g i n ge f f e c t 6 7 4 3 3 1t e m p e r a t u r ed e p e n d e n c e 6 8 4 4c o n c l u s i o n s 7 0 c h a p t e r5d i e l e c t r i cp r o p e r t i e so f c a c u 3 t i 4 0 i 2 c e r a m i c s 7 2 5 1i n t r o d u c t i o n 7 2 5 2e x p e r i m e n t a lp r o c e d u r e ：习3 5 3r e s u l t sa n dd i s c u s s s i o n s 7 4 v i 山东大学博士学位论文 5 3 1r o o mt e m p e r a t u r ed i e l e c t r i cp r o p e r t i e sa n dm i c r o s t r u c t u r e 。7 4 5 3 2h i g ht e m p e r a t u r ed i e l e c t r i cp r o p e r t i e s 7 6 5 3 3c o m p l e xi m p e d a n c e 7 8 5 3 4e l e c t r o d ee f f e c t 81 5 3 5e q u i v a l e n tc i r c u i t 8 2 5 4c o n c l u s i o n s 8 7 c h a p t e r6c o n d u c t i o nb e h a v i o ro fc a c u 3 t i 4 0 1 2c e r a m i c sa th i g ht e m p e r a t u r e 8 8 7 6 1i n t r o d u c t i o n 8 8 6 2e x p e r i m e n t a lp r o c e d u r e 8 9 6 3r e s u i t sa n dd i s c u s s i o n 9 0 6 4c o n c l u s i o n s 9 7 c h a p t e r7s u m m a r ya n df u t u r eo u t l o o k 9 8 7 1s u m m a r y 9 8 7 1f u t u r eo u t l o o k 9 9 r e f e r e n c e s 101 a c k n o w l e d g e m e n t s 1l8 l i s to fp u b l i c a t i o n sa n da w a r d s 12 0 e n g l i s hp a p e rl 12 2 e n g l i s hp a p e r2 1 2 5 山东大学博士学位论文 _ ， 山东大学博士学位论文 摘要 压电材料和介电材料是两类重要的功能电子材料。压电材料是实现机械能与 电能相互转换的一类功能材料，在传感器、驱动器、超声换能器、蜂鸣器、电子 点火器等各种电子元件和器件方面有着广泛的应用。目前广泛使用的压电材料主 要是锆钛酸铅( p b ( z r , t i ) 0 3 ，简称p z t ) 基陶瓷材料。但p z t 的制备需要使用大量 的含铅氧化物作为原料，在生产、使用和废弃后处理过程中都会给人类及生态环 境带来严重的影响，发展无铅环境协调性压电陶瓷是一项紧迫且具有重大现实意 义的课题。介电材料是一类利用材料的介电性质来制造电容性器件的电子材料， 被广泛的应用在电容器、谐振器、滤波器、存储器等重要的电子器件中。近年来， 随着电子器件向高性能化和尺寸微型化方向的发展，高介电材料受到越来越多的 关注。在前述背景下，本论文主要开展了钛酸钡( b a t i 0 3 ) 基压电陶瓷材料和钛酸 铜钙( c a c u 3 t i 4 0 1 2 ，简称c c t o ) 高介电陶瓷材料的制备、物性及相关机理的研究。 b a t i 0 3 陶瓷是历史上最早发现的一种多晶压电材料，在b j a 疏等于1 9 5 4 年发现p z t 之前曾被广泛地应用。目前，虽然以b a t i 0 3 为基体的陶瓷材料仍被 广泛地用于制造各种电容器和p t c 电阻等，但作为压电陶瓷材料的应用已很少 见，主要的一个原因是由于通常制备的b a t i 0 3 基陶瓷材料的压电活性太低( d 3 3s 1 9 0p c n ) 。值得关注的是，最近几年日本研究者相继报道了以水热法合成的 b a t i 0 3 超微粉为原料制备出压电活性非常高的b a t i 0 3 陶瓷材料的研究结果。利 用微波烧结、分段烧结或t g g 技术烧结制备的b a t i 0 3 陶瓷的以3 值分别达到了 3 6 0 、4 6 0 和7 8 8p c n 。作者所在的课题组在前期的工作中采用普通的b a c 0 3 和 t i 0 2 粉体为原料、通过同相反应方法也制备出了函3 值高达4 1 9p c n 的钛酸钡陶 瓷。这些结果启示人们需要对钛酸钡基陶瓷作为无铅压电材料应用的潜能进行重 新思考。然而，目前人们对于b a t i 0 3 陶瓷呈现如此高的压电活性的物理机理还 不是很明确。另外，考虑到b a t i 0 3 在相对较窄的温度范围内具有多个相变点， 强压电活性的b a t i 0 3 陶瓷的温度稳定性也是一个值得关注的问题。 c c t o 是一种具有钙钛矿型衍生结构的氧化物，该材料不论是单晶形态还是 多品陶瓷形态都呈现异常高的介电常数，并且其静介电常数在很广的温度范围内 几乎不随温度变化。对于c c t o 高介电性的起源，有人认为起源于材料内在的 品格结构，也有人认为起因于内部阻挡层电容效应，还有人归结为与样品电极有 山东大学博士学位论文 关的耗尽层效应，因此在机制解释方面存在着很大的争议。另一方面，c c t o 的 晶粒是半导化的，这一点已经被广大研究者所接受，但目前人们对于半导化的起 源及相应的电学输运机制的理解上还存在着较大的分歧。这对于全面理解c c t o 的物理特性、研发新型高介电材料是十分不利的，还需要进一步对其研究。 本论文以传统固相反应法制备的b a t i 0 3 基压电陶瓷和c c t o 高介电陶瓷为 研究对象。考察了b a t i 0 3 陶瓷的压电晶粒尺寸效应并探讨了相关的物理机理。 讨论了b a t i 0 3 陶瓷的温度稳定性问题，并制备了强压电活性高温度稳定性的 一一 一 b a t i 0 3 基压电陶瓷。考察了c c t o 陶瓷的微观组织结构、介电、复阻抗以及直 流电阻率方面的电学性质，探讨了相关的高介电性的物理机理和晶粒半导化的起 源。 一、以普通碳酸钡和二氧化钛粉体为原料，利用传统的固相反应工艺制备了 不同晶粒尺寸的高致密度钛酸钡陶瓷样品，研究了其压电介电物性随晶粒尺寸的 变化关系。晶粒尺寸为0 9 4g m 的精细晶粒钛酸钡陶瓷的相对介电常数约为 4 7 0 0 ，压电常数为3 4 0p c n ，这些结果表明可以通过控制晶粒尺寸来获得较大 的介电压电活性。通过比较介电常数和压电常数随晶粒尺寸的变化关系，发现了 钛酸钡陶瓷的强压电活性和高介电活性有着共同的起源。但x 射线分析的结果 表明精细品粒钛酸钡陶瓷中品格结构的变化不能解释高介电压电活性的起源，因 此可以推断钛酸钡的高介电压电活性主要来自于非本征的贡献。内应力对陶瓷介 电压电活性有着明显的影响。精细晶粒陶瓷中的内应力会导致相变点的变化，但 内应力造成的相变点变化不足以完全解释当前不同晶粒尺寸的钛酸钡陶瓷的室 温介电常数和以3 的巨大差别，当然也就无法解释精细晶粒钛酸钡陶瓷室温高介 电常数和高以3 的起源。通过对陶瓷电畴构型的表征，发现了钛酸钡的强介电压 电活性是和9 0 0 电畴结构密切相关的。钛酸钡陶瓷的介电压电活性随9 0 0 电畴宽 度减小呈现先增加后减小的变化规律。经过分析，我们认为，随着晶粒尺寸的减 小，9 0 0 电畴密度的增加和9 0 0 畴壁的有效质量的减小是导致介电压电晶粒尺寸 效应的主要原因。 二、考察了强压电活性b a t i 0 3 陶瓷的温度稳定性问题。研究发现，尽管我 们可以通过调节制备工艺来获得室温条件下压电活性非常良好的b a t i 0 3 陶瓷， 但是其较差的压电活性温度稳定性仍会严重的影响b a t i o ，陶瓷作为强压电活性 n 一 i 山东大学博士学位论文 无铅压电材料的应用前景。然而，通过比较四方相和正交相的压电活性的温度稳 定性，我们发现b a t i 0 3 基压电材料在正交相具有更好的压电活性温度稳定性， 这为我们改善b a t i 0 3 基压电材料的温度稳定性提供了重要依据。通过适量的z r 的t i 位取代，我们成功的把b a t i 0 3 的正交相移动到室温附近，有效地改善b a t i 0 3 陶瓷的温度稳定性。但随着z r 的添加，b a ( t i z r ) 0 3 材料的室温压电活性下降， 除了z r 取代n 引起的相移的影响，大晶粒中过多的人字形电畴结构导致的畴壁 有效质量的增大也是一个十分重要的因素。减小b a ( t i , z r ) 0 3 陶瓷的晶粒大小可 能是提高其室温压电活性的一个有效方法。研究发现，少量的c u o 添加可以有 效地降低b a ( t i ，z 0 0 3 的烧结温度，抑制晶粒生长。小晶粒中较小的畴壁有效质 量可能是导致c u o 掺杂后b a ( t i ，z r ) 0 3 陶瓷室温压电性能升高的主要原因。此外， c u o 的掺杂还有助于电畴结构的稳定，提高材料的抗经时老化特性。并且c u o 的掺杂扩展了正交相的温度范围，扩展了相变点附近的两相共存区，进一步改善 了b a ( t i ，z r ) 0 3 陶瓷的温度稳定性。其中，lm 0 1 c u o 改性的b a ( t i 0 9 6 2 5 z r 0 0 3 7 5 ) 0 3 陶瓷的室温d 3 3 高达3 0 0p c n ，k 3 3 在6 0 0 c 8 5 0 c 的温度范围内均大于5 0 ，并且 在3 0 0 c 5 5 0 c 的温度范围内几乎不随温度变化，表现出较好的压电活性和温度稳 定性。 三、考察了高介c c t o 陶瓷的微观结构以及电学性质。研究发现，随着烧 结时间的延长，c c t o 陶瓷的平均晶粒尺寸增大、介电常数增高。在对c c t o 室 温以上的高温区域的介电性的研究中，发现除了已知的在低温和常温下可观察到 的1 0 0k h z 以上的类德拜弛豫色散之外，在1 0 0h z 1 0 0k h z 的频率范围内还有 一个新的类弛豫性介电色散存在。因此，c c t o 陶瓷的高温介电谱上包含两个类 德拜型弛豫和一个巨大的低频介电响应。利用特征弛豫频率与温度的关系，求出 了两个弛豫频率的激活能分别为0 0 8 6e v 和0 6 3 2e v 。通过对c c t o 复阻抗谱 的分析，发现高温下c c t o 的复阻抗谱包含三个阻抗半圆弧，而不是以前报道 的两个。进一步的分析发现，这三个阻抗网分别代表了三种不同的电学机制。通 过对不同电极样品的室温介电谱和高温介电谱的分析，我们发现高频介电弛豫是 和电极效应无关的，向中频介电弛豫则主要是l 乜极效应的贡献。据此我们推论高 频下的阻抗半圆弧主要起源于晶粒，而中频和低频下的半圆弧主要起源于晶界和 电极效应的贡献。根据前面的实验结果分析，我们提出了一个在三个不随频率变 化的r c 并联电路( 咫c 岛和r x c x ) 口p n , z , 项与空间电荷输运行为相关的、 山东大学博士学位论文 随频率变化的阻抗的新的等效电路模型，其中如c 茹和凡g 分别代表来自 晶粒、晶界和电极效应的贡献。利用该等效电路模型，成功地对实验数据进行了 拟合处理，并得到了描述三种不同机制效应的相应的特征电阻的激活能分别为 0 1 0 7e v 、0 6 2 7e v 和0 4 7 1e v 。最后，经过理论推导证明，介电谱上的两个特 征频率主要是由r b 和砧g 的大小决定的。 四、研究了c c t o 陶瓷不同温度下的i - v 曲线和直流电阻率随温度的变化关 系。研究发现，在高温强电流条件下，c c t o 陶瓷晶界和电极处的势垒处于击穿 二- 一一一 态，测量得到的电阻主要来自于晶粒的贡献。通过对c c t o 陶瓷不同温度条件 下的直流电阻率的测量，我们发现高温下c c t o 的晶粒电阻率随温度的变化规 律符合绝热近似的小极化子跳跃传导的行为，而非半导体能带传导的a r r h e n i u s 定律。据此我们推测c c t o 晶粒中存在着小极化子。样品还原气氛处理的结果 表明氧缺陷并不是导致c c t o 晶粒半导化的原因，可能的传导机制来自于c u 或 t 的变价。考虑到我们测量得到的负的s e e b e c k 值，我们认为c c t o 陶瓷晶粒内 的电荷输运主要通过西3 + 厂r i 4 + 的小极化子跳跃传导。 关键词：b a t i 0 3 陶瓷；压电晶粒尺寸效应；压电温度稳定性；c a c u 3 t i 4 0 1 2 陶瓷； 高介电常数 i v 山东大学博士学位论文 a b s t r a c t p i e z o e l e c t r i ca n dd i e l e c t r i cm a t e r i a l sa r et w oi m p o r t a n tc l a s s e so fe l e c t r o n i c m a t e r i a l s p i e z o e l e c t r i cm a t e r i a l sa r eac l a s so ff u n c t i o n a lm a t e r i a l st h a tr e a l i z et h e c o n v e r s i o nb e t w e e nm e c h a n i c a le n e r g ya n de l e c t r i c a le n e r g ya n dt h u sa r ep o p u l a r l y u t i l i z e dt of a b r i c a t es e n s o r s ，a c t u a t o r s , t r a n s d u c e r sa n do t h e re l e c t r o n i cd e v i c e s c u r r e n t l y , p b ( z r , t i ) 0 3 ( p z t ) 一b a s e dp i e z o e l e c t r i cc e r a m i c st a k et h ep r e d o m i n a t e d p o s i t i o ni nt h em a r k e to fp r a c t i c a lp i e z o e l e c t r i cm a t e r i a l sb e c a u s e o ft h e i re x c e l l e n t e l e c t r i c a lp r o p e r t i e s h o w e v e r , d u et ot h et o x i c i t yo fl e a do x i d et h a ti sl a r g e l yu s e d d u r i n gt h ep r o d u c t i o np r o c e s s ，t h e r ei sa ni n c r e a s i n gd e m a n dt or e p l a c ep z t w i t ht h e e n v i r o n m e n t - b e n i g nl e a d f r e ea l t e r n a t i v e s d i e l e c t r i cm a t e r i a l s 玳w i d e l yu s e dt o f o r mc a p a c i t i v ed e v i c e ss u c ha sc a p a c i t a n c e ，r e s o n a t o r sa n df i l t e r s t h o s ed i e l e c t r i c m a t e r i a l sw i t hh i 曲d i e l e c t r i cp e r m i t t i v i t yh a v ea t t r a c t e dc o n s i d e r a b l ei n t e r e s t i n r e c e n ty e a r ss i n c et h e ym i g h to f f e rt h eo p p o r t u n i t yt oe n h a n c et h ep e r f o r m a n c eo r s h r i n kt h ed i m e n s i o n a is i z e so ft h em i c r o e l e c t r o n i cd e v i c e u n d e rt h e s ec i r c u m s t a n c e s ， t h i st h e s i sc o n c e n t r a t e so nt h es t u d i e so fm a t e r i a lp r e p a r a t i o n s ，p h y s i c a lp r o p e r t i e sa n d t h er e l a t e dm e c h a n i s m sf o rb a t i 0 3 一b a s e dp i e z o e l e c t r i cc e r a m i c sa n dc a c u 3 t i 4 0 n ( c c t o ) h i g h d i e l e c t r i cc e r a m i c s b a t i 0 3c e r a m i c si sh i s t o r i c a l l yt h ef i r s tp o l y c r y s t a l l i n ep i e z o e l e c t r i cm a t e r i a la n d h a db e e no n c ew i d e l yu s e da sap i e z o e l e c t r i cm a t e r i a lb e f o r et h ed i s c o v e r yo fp z t n o w a d a y s ，h o w e v e r ，i t sm a i nt e c h n i c a la p p l i c a t i o n sa r en ol o n g e ra sap i e z o e l e c t r i c b u ta sad i e l e c t r i cm a t e r i a l ，l a r g e l yb e c a u s eo fi t sp o o rp i e z o e l e c t r i cp r o p e r t i e s ( u s u a l l y , d 3 3s19 0p c n ) c o m p a r e dw i t hp z t n e v e r t h e l e s s ，s u r p r i s i n g l yh i g hd 3 3v a l u e s ( 3 5 0 ， 4 6 0a n d7 8 8p c n ，r e s p e c t i v e l y ) w e r er e p o r t e dr e c e n t l yf o rt h o s eb a t i 0 3c e r a m i c s t h a tw e r ep r e p a r e df r o mh y d r o t h e r m a l l ys y n t h e s i z e df i n eb a t i 0 3p o w d e r sb ys o m e s p e c i a l f a b r i c a t i o nt e c h n i q u e sl i k em i c r o w a v es i n t e r i n g ，t w o - s t e ps i n t e r i n ga n d t e m p l a t e dg r a i ng r o w t h ( t g g ) m o r ei m p o r t a n t l y ，w eh a v er e c e n t l ys u c c e e d e di n o b t a i ni n gb a t i 0 3c e r a m i c sw i t hh i g hp i e z o e l e c t r i cp r o p e r t i e st h r o u g hc o n v e n t i o n a l s o l i d - s t a t er e a c t i o nr o u t ew i t hs t a r t i n gr a wm a t e r i a l so fo r d i n a r yb a c 0 3a n dt i 0 2 p o w d e r s t h e s er e s u l t si n d i c a t et h a tb a t i 0 3 一b a s e dc e r a m i c sp o s s e s sah i g hp o s s i b i l i t y v 山东大学博士学位论文 t ob o e o m eag o o dl e a d - f r e ep i e z o e l e c t r i cm a t e r i a l h o w e v e r , r e l a t e dm e c h a n i s mf o r t h ee x c e l l e n tp i e z o e