基体电导率对0-3型铁电复合材料高压极化行为及损耗的影响

杨凤霞; 张端明; 邓宗伟; 姜胜林; 徐  洁; 李舒丹

doi:10.7498/aps.57.3840

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基体电导率对0-3型铁电复合材料高压极化行为及损耗的影响

杨凤霞 , 张端明 , 邓宗伟 , 姜胜林 , 徐洁 , 李舒丹

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基体电导率对0-3型铁电复合材料高压极化行为及损耗的影响

杨凤霞, 张端明, 邓宗伟, 姜胜林, 徐洁, 李舒丹

物理学报, 2008, 57(6): 3840-3845.

doi: 10.7498/aps.57.3840

The influence of the matrix electrical conductivity on the dc poling behaviors and the loss of 0-3 ferroelectric composites

Yang Feng-Xia, Zhang Duan-Ming, Deng Zong-Wei, Jiang Sheng-Lin, Xu Jie, Li Shu-Dan

Acta Phys. Sin., 2008, 57(6): 3840-3845.

doi: 10.7498/aps.57.3840

摘要
提出了一个0-3型聚合物基铁电复合材料的直流高压极化模型.模型中考虑了聚合物/铁电陶瓷界面处自由电荷的积聚及极化初始时刻的真实情况，利用拉普拉斯静电场方程，并结合边界条件，得到了直流高压极化过程中复合材料的极化强度、界面电流密度等随时间的演化方程，同时得到介电常数、介质损耗等物理特性的表达式.此外，实验制备了分别以环氧树脂E-44和铁电共聚物P(VDF-TrFE)为基体的两种0-3型铁电复合材料.从理论和实验两方面研究了基体电导率对极化行为以及介质损耗的影响.两方面结果均表明：随基体电导率增加，极化时间缩短，陶瓷相的极化强度及复合材料的整体电性能提高，但是漏电流及介质损耗增加.而且实验结果与直流高压极化模型的预测结果符合.

关键词:
铁电复合材料 /

电导率 /

极化 /

介质损耗
Abstract
A dc poling model is developed for the 0-3 ferroelectric composite by employing Laplace equation, combined with certain boundary conditions and taken account of the initial conditions of the polymer/ferroelectric ceramic interfacial charges. Two kinds of 0-3 composites with different matrixes, namely the PZT/epoxy and PZT/P(VDF-TrFE) composites, were prepared. The influences of matrix electrical conductivity on the poling behaviors were studied experimentally and theoretically. The results showed that the experimental dates are fitted well with the theoretical results：with increased electric conductivity of the matrix, the poling time is shortened, and the polarization of ferroelectric ceramic and the total electric properties of composites are improved.Howerer,the leakage current and dielectric loss are increased,too.

Keywords:
ferroelectric composite /

electric conductivity /

polarization /

dielectric loss
作者及机构信息
杨凤霞²,

张端明²,

邓宗伟²,

姜胜林¹,

徐洁²,

李舒丹²

(1)华中科技大学电子系，武汉 430074; (2)华中科技大学物理系，武汉 430074

基金项目: 国家自然科学基金(批准号：10675048)和华中科技大学理学院基金(批准号：0101012103)资助的课题.
Authors and contacts
Yang Feng-Xia²,

Zhang Duan-Ming²,

Deng Zong-Wei²,

Jiang Sheng-Lin¹,

Xu Jie²,

Li Shu-Dan²

(1)华中科技大学电子系，武汉 430074; (2)华中科技大学物理系，武汉 430074
参考文献

施引文献

[1]	郑建军, 张丽萍. 单层Cu₂X(X=S,Se):具有低晶格热导率的优秀热电材料. 物理学报, 2023, 0(0): 0-0. doi: 10.7498/aps.72.20220015
[2]	李高芳, 殷文, 黄敬国, 崔昊杨, 叶焓静, 高艳卿, 黄志明, 褚君浩. 太赫兹时域光谱技术研究S掺杂GaSe晶体的电导率特性. 物理学报, 2023, 72(4): 047801. doi: 10.7498/aps.72.20221548
[3]	杜一帅, 康维, 郑瑞伦. 外延石墨烯电导率和费米速度随温度变化规律研究. 物理学报, 2017, 66(1): 014701. doi: 10.7498/aps.66.014701
[4]	付志坚, 贾丽君, 夏继宏, 唐可, 李召红, 权伟龙, 陈其峰. 温稠密钛电导率计算. 物理学报, 2016, 65(6): 065201. doi: 10.7498/aps.65.065201
[5]	屈少华, 曹万强. 球形无规键无规场模型研究弛豫铁电体极化效应. 物理学报, 2014, 63(4): 047701. doi: 10.7498/aps.63.047701
[6]	黄旭东, 冯玉军, 唐帅. 掺镧锆锡钛酸铅陶瓷极化强度变化量对电子发射电流强度的影响. 物理学报, 2012, 61(8): 087702. doi: 10.7498/aps.61.087702
[7]	陈云云, 郑改革, 顾芳, 李振华. 尘埃粒子电势对等离子体电导率的影响. 物理学报, 2012, 61(15): 154202. doi: 10.7498/aps.61.154202
[8]	陈龙天, 程用志, 聂彦, 龚荣洲. 人工异向介质调控电磁波极化特性的实验与仿真研究. 物理学报, 2012, 61(9): 094203. doi: 10.7498/aps.61.094203
[9]	赵静波, 杜红亮, 屈绍波, 张红梅, 徐卓. A位等价与非等价取代对(K0.5Na0.5)NbO3陶瓷极化的影响. 物理学报, 2011, 60(10): 107701. doi: 10.7498/aps.60.107701
[10]	刘建军. (Zn,Al)O电子结构第一性原理计算及电导率的分析. 物理学报, 2011, 60(3): 037102. doi: 10.7498/aps.60.037102
[11]	蒋吉昊, 王桂吉, 杨宇. 一种测量金属电爆炸过程中电导率的新方法. 物理学报, 2008, 57(2): 1123-1127. doi: 10.7498/aps.57.1123
[12]	王飞鹏, 夏钟福, 张晓青, 黄金峰, 沈军. 宏观电偶极子对聚丙烯铁电驻极体膜电荷储存及其动态特性的影响. 物理学报, 2007, 56(10): 6061-6067. doi: 10.7498/aps.56.6061
[13]	朱振业, 王彪, 郑跃, 王海, 李青坤, 李晨亮. 应力作用下铁电超晶格BaTiO3/SrTiO3的结构和极化的第一性原理研究. 物理学报, 2007, 56(10): 5986-5989. doi: 10.7498/aps.56.5986
[14]	全荣辉, 韩建伟, 黄建国, 张振龙. 电介质材料辐射感应电导率的模型研究. 物理学报, 2007, 56(11): 6642-6647. doi: 10.7498/aps.56.6642
[15]	石雁祥, 葛德彪, 吴健. 尘埃粒子充放电过程对尘埃等离子体电导率的影响. 物理学报, 2006, 55(10): 5318-5324. doi: 10.7498/aps.55.5318
[16]	刘洪, 蒲朝辉, 龚小刚, 王志红, 黄惠东, 李言荣, 肖定全, 朱建国. (111)取向(Pb,La)TiO3铁电薄膜中90°纳米带状畴与热释电性能的研究. 物理学报, 2006, 55(11): 6123-6128. doi: 10.7498/aps.55.6123
[17]	徐任信, 陈文, 周静. 聚合物电导率对0-3型压电复合材料极化性能的影响. 物理学报, 2006, 55(8): 4292-4297. doi: 10.7498/aps.55.4292
[18]	郭冠军, 苏林, 毕思文. 风成海面的极化辐射. 物理学报, 2005, 54(5): 2448-2452. doi: 10.7498/aps.54.2448
[19]	罗派峰, 唐新峰, 李　涵, 刘桃香. Ba和Ce两种原子复合填充BamCenFeCo3Sb12化合物的合成及热电性能. 物理学报, 2004, 53(9): 3234-3238. doi: 10.7498/aps.53.3234
[20]	徐志凌, 杨鹏, 刘丽英, 侯占佳, 徐雷, 王文澄. 束缚电荷对玻璃材料二阶光学非线性的影响. 物理学报, 2000, 49(8): 1503-1506. doi: 10.7498/aps.49.1503

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物理学报. 2008, 57(6): 3840-3845.

doi: 10.7498/aps.57.3840.

基体电导率对0-3型铁电复合材料高压极化行为及损耗的影响

1. (1)华中科技大学电子系，武汉 430074; (2)华中科技大学物理系，武汉 430074

基金项目: 国家自然科学基金(批准号：10675048)和华中科技大学理学院基金(批准号：0101012103)资助的课题.

收稿日期: 2007-09-29
修回日期: 2007-11-07
刊出日期: 2008-03-05

摘要: 提出了一个0-3型聚合物基铁电复合材料的直流高压极化模型.模型中考虑了聚合物/铁电陶瓷界面处自由电荷的积聚及极化初始时刻的真实情况，利用拉普拉斯静电场方程，并结合边界条件，得到了直流高压极化过程中复合材料的极化强度、界面电流密度等随时间的演化方程，同时得到介电常数、介质损耗等物理特性的表达式.此外，实验制备了分别以环氧树脂E-44和铁电共聚物P(VDF-TrFE)为基体的两种0-3型铁电复合材料.从理论和实验两方面研究了基体电导率对极化行为以及介质损耗的影响.两方面结果均表明：随基体电导率增加，极化时间缩短，陶瓷相的极化强度及复合材料的整体电性能提高，但是漏电流及介质损耗增加.而且实验结果与直流高压极化模型的预测结果符合.

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作者及机构信息

(1)华中科技大学电子系，武汉 430074; (2)华中科技大学物理系，武汉 430074

Authors and contacts

(1)华中科技大学电子系，武汉 430074; (2)华中科技大学物理系，武汉 430074

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(1)华中科技大学电子系，武汉 430074; (2)华中科技大学物理系，武汉 430074

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基体电导率对0-3型铁电复合材料高压极化行为及损耗的影响

English Abstract

The influence of the matrix electrical conductivity on the dc poling behaviors and the loss of 0-3 ferroelectric composites

1. (1)华中科技大学电子系，武汉 430074; (2)华中科技大学物理系，武汉 430074

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