高温铁电材料的相变特性及其退极化性能

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高温铁电材料的研究是功能材料领域最受关注的领域之一，其在石油、化工、采矿，核电站，冶金、航空航天和兵器工业中都有着广阔的应用前景。对于凝聚态物理和高压物理来讲，高温铁电材料在高温压电探针方面有着重要的应用前景。

PLS结构铁电体由于其超高的居里温度和使用温度(>1000 ℃)，受到人们的广泛关注。在前期的工作中，PLS铁电陶瓷已经被成功制备，比如：La₂Ti₂O₇，Nd₂Ti₂O₇以及Pr₂Ti₂O₇等等。但是，除了其居里相变之外，材料的高温相变特性和退极化温度也是影响其未来应用的关键参数；同时，对这些物理特性的研究对于未来发开新的材料体系和材料结构的调控也有着重要的指导意义。本项目研究了典型高温铁电材料Nd₂Ti₂O₇的退极化性能，通过变温测试系统研究了其退极化机理，并且准确计算了自发极化，这对于进一步的高温探针的研发具有重要的理论意义。

1  高温铁电材料的稳定性首次得到表征

本研究选取典型的Nd₂Ti₂O₇铁电材料为研究目标，通过前期的研究，已经成功的制备和成型了Nd₂Ti₂O₇陶瓷，获得了其铁电性能和压电性能。在本次研究中，通过“极化-退火-测试”的方法来考察材料的热退极化表现行为，首次确认了Nd₂Ti₂O₇高温铁电材料的退极化性能，其退极化温度达1400 ℃，为目前所知的最高的铁电退极化温度，如图1所示。

2  揭示PLS结构铁电材料的稳定性能的物理机制

项目对Nd₂Ti₂O₇铁电陶瓷的介电温谱进行了分析，通过慢速升降温的方法对比了其在居里点的相变介电峰的不同，明确了其铁电-顺电一级相变特征，如图2所示。同时，通过对其介电温谱进行拟合，确定了材料居里外斯温度为1400 ℃，这说明定向铁电畴在1400 ℃开始出现了不稳定，这与实验观测到的高退极化行为相一致。同时，由于Nd₂Ti₂O₇陶瓷的超高的居里温度，使其烧结成型温度在其居里点一下，因此烧结过程中不会出现相变，减小了陶瓷的内应力增加了其稳定性。这两点很好地解释了Nd₂Ti₂O₇铁电陶瓷的高温稳定性。