高压放大器在铁电陶瓷极化过程研究中的应用

实验名称：铁电陶瓷双轴应力作用下的极化研究

研究方向：在新型铁电陶瓷中，钛酸钡压电陶瓷的居里温度较低导致其无法通过提高温度促进极化过程；而对于新型高温铁电陶瓷，其矫顽电场较高并超过了其材料本身的击穿电场导致难以对其做到饱和极化，因此纯电场极化的方式在新型铁电陶瓷的极化工艺中受到限制。实际上除电场外，应力场也可以使得铁电材料的织构情况发生改变，且前人研究已经表明了应力可以辅助铁电材料的电极化过程。

基于此背景，本章将研究双轴应力作用下铁电材料的极化工艺。自主设计搭建了实验装置并通过测试不同极化加载方式下的剩余极化与压电常数研究了各加载方式下的极化过程，使铁电陶瓷在低低电场下就能获得较好的压电性能。

测试设备：高压放大器、信号发生器、静电计等。

实验过程：

图1：铁电陶瓷双轴横向应力（a）加载过程中样品的受力示意图（b）加载装置示意图

实验所用装置为图（b）中自主研究设计的双轴力-电耦合作用加载装置，实验所用试件大小为4×4×4mm3，双轴横向应力通过四个绝缘的氧化铝陶瓷块状元件施加，如图1(a)所示。而电场通过装置上下方的通孔施加在垂直于双轴横向应力的方向上。实验开始前，在图1(b)所示装置中加满油并通过放置在装置各接触面处的密封圈密封。当试验机作用在受压力杆上时，容器中被密封的油将会将单轴的压力转化为施加在上述绝缘氧化铝陶瓷块状元件上的压力。

实验结果：

图2：材料极化量在不同方式下随电场、应力变化曲线，图中分别为（a）0.5Ec（b）0.75Ec（c）1.0Ec（d）1.25Ec电场幅值下材料的极化结果

图2描述了四种不同极化方法下样品极化的结果，这里给出的是整个极化过程中材料极化量的变化情况而并非只给出了极化后的剩余极化值。从图中可以看出，在加载方式一中（传统的纯电场极化），材料在0.5、0.75、1.0、1.25倍矫顽电场大小的极化电场下，其剩余极化值分别为0.02、0.05、0.115、0.12C/m2，即极化随着电场的增大而增大。

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审核编辑 黄宇