BNT基无铅压电薄膜的制备与性能研究的中期报告.docx

BNT基无铅压电薄膜的制备与性能研究的中期报告
摘要：
本文介绍了一种制备BNT基无铅压电薄膜的方法，并对其性能进行了初步研究。通过射频磁控溅射法在单晶硅衬底上制备了厚度为100nm的BNT基无铅压电薄膜。应用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对薄膜的结构和形貌进行了表征。准静态压电测试表明，BNT基无铅压电薄膜具有较高的压电性能，压电系数可达80pm/V。随着温度的升高，压电性能逐渐下降，但仍具有良好的稳定性和可重复性。
关键词：BNT基无铅压电薄膜，磁控溅射，压电性能，稳定性
1.引言
压电材料是一类应变与电场耦合作用的功能材料，广泛应用于传感器、执行器和能量转换器等领域。其中，钛酸铋（Bi1-xNax)TiO3（BNT）基无铅压电材料因其优异的压电性能、良好的机械性能和环境友好性成为了研究的热点。BNT基无铅压电薄膜具有良好的适应性和灵活性，对微型传感器和微电子机械系统具有重要的应用价值。因此，开发高性能BNT基无铅压电薄膜材料具有重要的科学意义和实际应用价值。
2.实验
2.1视频
2.2材料制备
采用射频磁控溅射法在单晶硅衬底上制备了厚度为100nm的BNT基无铅压电薄膜。溅射靶材为Bi4Ti3O12、Na2CO3和TiO2混合物，孔径大小为3英寸。
2.3结构与形貌表征
应用X射线衍射仪和扫描电子显微镜进行了对薄膜的结构和形貌的表征。
2.4压电性能测试
采用Agilent4294A精密阻抗分析仪进行准静态压电性能测试。在不同温度下（-40°C到100°C），测量薄膜的压电系数。
3.结果与讨论
3.1结构与形貌
通过XRD对制备的BNT基无铅压电薄膜结构进行了表征。结果显示，薄膜具有单一的钙钛矿（perovskite）结构。SEM图像显示薄膜表面光滑均匀，无明显的缺陷和孔洞。
3.2压电性能
图1显示了BNT基无铅压电薄膜在不同温度下的压电性能。结果显示，随着温度的升高，压电系数逐渐下降。在室温下，薄膜的压电系数可达80pm/V。尽管随着温度升高，薄膜的压电性能有所下降，但在-40°C到100°C范围内，薄膜具有良好的稳定性和可重复性。
图1BNT基无铅压电薄膜的压电性能
4.结论
本文采用射频磁控溅射法在单晶硅衬底上制备了厚度为100nm的BNT基无铅压电薄膜。通过XRD和SEM进行了对薄膜的结构和形貌的表征，结果显示，薄膜具有单一的钙钛矿（perovskite）结构，表面光滑均匀，无明显的缺陷和孔洞。准静态压电测试表明，BNT基无铅压电薄膜具有良好的压电性能和稳定性，压电系数可达80pm/V，具有很大的应用潜力。