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铁电材料以其优异的介电、铁电、压电、热释电性能和光学性能等得到广泛的关注和研究。随着现代器件越来越微型化和密集化,对铁电材料的制备与性能要求越来越高。为了达到实用化的要求,低制备条件和高性能获得一直是大家梦寐以求的目标。因此,丰富和发展铁电材料的低维结构的相关制备方法并探索和研究其性能,对于低维铁电材料的基础研究和开拓应用有着重要意义。本文在系统总结和全面分析铁电材料研究现状的基础上,由于(Pb,Sr)Ti03具有一系列的优点,故本论文选取(Pb,Sr)Ti03为研究对象,对(Pb,Sr)Ti03陶瓷、薄膜和纳米结构进行了制备,并对它们的电学性能、光学性能等进行了一些有益的探索。论文主要研究内容如下: 1、用固相反应法制备了PST不同Pb/Sr比的陶瓷系列,得到以下成果: (1)制备的PST铁电陶瓷具有典型的钙钛矿结构,随着Pb含量的增加,样品的结构有由立方相变为四方相的趋势。 (2)对样品的介电性能进行了研究,从介频特性发现介电常数随频率的变化很小,说明PST陶瓷具有相对稳定的频率特性。从介温图谱知道PST陶瓷材料的相变是非弛豫相变,在居里温度以上完全符合居里一外斯定律,并得到PST陶瓷材料的居里温度与Pb/Sr比之间成线性关系,材料的性能和实际应用都与居里温度有关,这样可以通过设计调节Pb/Sr比来满足实际应用的要求。同时发现极化对PST50/50样品的介温特性没有太大的影响。 (3)在室温下对样品的铁电性能进行了测试,发现随着铅含量的增加,样品的铁电性能越明显。对PST50/50样品进行了不同温度下的铁电性能测试,随着测试温度的升高,样品的铁电性能逐渐减弱,通过线性关系外延,得到剩余极化为零时的温度(即相变温度)为162℃,与介电温谱特性得到的结果是基本相符的。但实验结果显示当测试温度高于相变温度时,剩余极化并不为0,说明在相变温度以上,极化微区电畴仍然存在。 (4)用动态法测试了样品在不同温度下的热释电性能,发现热释电性能与Pb/Sr比相关,温度变化时热释电系数变化不太,样品具有较好的热稳定性。当Pb/Sr比为35/65时,由于所测试的温度在其居里温度附近,其热释电系数最高达到432UC/m2K,衡量热释电材料的探测因子值也高达21.82xl0-6 Pa-0'5。这些高的热释电系数和探测优值因子表明PST材料有望在热释电探测器、热外探测器等领域得到应用,是一种有潜力的热释电材料。 (5)用C-V特性曲线的测试研究了样品的调谐性能,发现铅含量较多时,样品的C-V曲线是一些蝴蝶曲线,说明了铁电性的存在,与铁电性能的测试结果是一致的。在铅含量为0.3和0.35时,具有较大的调谐性能(51％和49%)以及较高的优值因子FOM值(356和342)。由于PST铁电陶瓷材料具有大的介电常数、调谐率和FOM值以及小的介电损耗,因此PST材料是一种很有应用前景的调谐元器件材料。 2、用溶胶一凝胶法在不同衬底上制备了PST50/50薄膜,得到的成果有: (1)研究了不同的退火温度(650℃和700℃)对微观结构和电性能的影响。结果表明,随着退火温度的升高,晶粒尺寸增大,薄膜结晶越好,薄膜的介电性能和铁电性能得到改善和提高。经650℃退火和700℃退火的样品在lOOkHz时的介电常数和损耗分别为202、0.018和455、0.025,剩余极化和矫顽场分别为2LiC/cff12、45kV/cm和3LiC/cff12、65 kV/cm。 (2)用溶胶一凝胶法在Pt/Ti/S102/Si衬底上制备了LaNi03(LNO)缓冲层和PST50/50薄膜,发现LNO缓冲层的引入,薄膜的介电性能和铁电性能得到很大改善和提高。Pt/Ti/Si02/Si和LNO/Pt/Ti/Si02/Si衬底上PST50/50的介电常数和介电损耗在lOOkHz时分别为460、0.023和1088、0.005。这主要与PST薄膜的择优取向、晶粒大小有关以及薄膜中的缺陷浓度有关。 (3)比较成功的用溶胶一凝胶法在不同的单晶衬底上制备了高度取向的PST50/50薄膜,通过X-射线(p扫描和0)摇摆曲线的测试发现薄膜的择优取向质量与别人报道的PLD法制备的方法相比拟。这为外延薄膜的制备提供了一种手段和一定的指导。 3、用AAO模板法和静电纺丝法制备了PST-维纳米结构: (1)用AAO模板结合溶胶一凝胶法成功制备了中空的PST纳米管结构,研究结果表明,用AAO模板制备的PST-维纳米结构是一些纳米管,其直径的大小与AAO模板的孔径大小一致。对样品进行了铁电性能的测试发现嵌在AAO模板里面的PST50/50和PST60/40纳米管阵列具有铁电性能。当用激发波长为300nm的光激发样品时,发现PST40纳米管在356和400nm附近有2个发射峰,而PST50/50、PST60/40纳米管的3个发射峰分别位于412,432,449nm和413,433,451nm。这可能是有样品中大量的氧空位、缺陷以及不同Pb/Sr比导致不同的晶体结构而引起。 (2)用静电纺丝法成功制备了PST50/50纳米纤维,并利用XRD、SEM、FTIR、Raman、PFM等方法对纳米纤维的微结构和电性能进行了分析。PFM结果表明,单根的PST50/50纳米纤维具有铁电性能。