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1. 研究目的与意义（文献综述）
地球日益严峻的环境形势，对材料的研究和开发提出了更高的要求，即在保证材料良好性能的同时要更加注重其环保效益。在铁电材料领域，锆钛酸铅、铌镁酸铅等铅基铁电材料因其优异的铁电、压电性能长期占据主要地位，而铅元素的引入会使其对人体和环境造成损害[1]。无铅铁电材料中的重要组成部分-锆钛酸钡因其良好的介电性能、铁电性能和无铅的性质被广泛研究[2-6]。同时因其电卡性能存在提升的空间，有着替代氟利昂等冷却剂的环保意义和提升制冷功率的效益，也被认为是一种具有潜力的制冷材料[7]。 研究发现，锆钛酸钡的性能与zr的掺杂密切相关，zr的加入可以降低薄膜中钛离子跃迁造成的漏电流，减少晶粒尺寸，也能使居里温度降低，并使其具有弛豫性质，比普通铁电体有更宽的范围显示高的介电常数和极化率[8,9]。锆可以在一定温度使极性态变化显著增加，从而诱发更大的电卡效应（ece)。但随着锆含量的增加，材料的剩余极化强度会降低，居里温度下的介电常数也会出现先上升后下降的趋势。因此如何改变组分使锆钛酸钡能在室温附近有高的介电常数、高的剩余极化强度、提高其电卡效应是当前研究面临的一些问题。研究发现sr2 离子与zr4 的共同掺杂能进一步降低居里温度，提高饱和极化强度和剩余极化强度，并在较宽的温度范围内保持高的ece值[5,8]。
锆钛酸钡薄膜材料与其他形式的锆钛酸钡材料相比，具有受应变影响小、易于制备、可在低电压下获得较大外电场等优点，有利于研究其结构和性能。在薄膜的制备方法中，溶胶凝胶法因其具有薄膜均匀度高、成本低、退火温度低、便于掺杂改性等优点适合制备sr掺杂的锆钛酸钡基薄膜材料[10]。
本论文主要以锆钛酸钡基薄膜为对象，研究sr掺杂对锆钛酸钡基薄膜的结构及电性能的影响规律。而目前关于锶掺杂锆钛酸钡的研究多为在锶含量固定的情况下研究锆含量对结构和性能的影响，因此，研究锶含量的影响具有独特的意义[5,11]。锆钛酸钡基材料不仅是一种性能良好的无铅铁电材料，也是一种有着巨大潜力的新型环保制冷材料，因此，研究锆钛酸钡基材料可以为构建环保社会提供原料上的支撑。而且锆钛酸钡基薄膜不含铅元素，不会对身体健康造成损害，非常安全，采用溶胶凝胶法作为制备方法也可以节省成本。同时，锆钛酸钡基薄膜材料的研究涉及许多材料科学的知识，进行此方面的研究非常有助于锻炼自己的科研能力、动手能力和分析能力。所以，无论从考虑社会、健康、安全、成本、环境等因素的角度，还是从锻炼个人能力的角度来讲，研究本课题都非常有意义。
2. 研究的基本内容与方案
本论文以一种abo3钙钛矿结构的无铅铁电材料—锆钛酸钡基（bzt）薄膜材料为对象，依据相关文献中zr4 、sr2 的掺杂可以增强弛豫特性、降低居里温度等结论，设计了通过固定锆的含量，添加不同含量的锶来研究锶对bzt基薄膜结构和电性能影响规律的方案。采用溶胶-凝胶法、旋涂法，选择合适的基片和热处理条件来制备锆钛酸锶钡（bszt）薄膜。利用x射线衍射（xrd）、扫描电镜（sem）、原子力显微镜（afm）等测试手段对制备的锆钛酸锶钡薄膜进行结构和表面形貌的测试，观察其结晶状态和致密程度以及晶粒的尺寸大小和膜的厚度。利用high-precision lcr meter、ferroelectrictester等测试手段对所制备的锆钛酸锶钡薄膜进行铁电、介电性能的检测，得到不同锶含量下锆钛酸锶钡薄膜的电滞回线、矫顽场、介电损耗等特征和数值。
通过以上的研究内容，熟练掌握溶胶凝胶法制备bzt基薄膜，并通过分析各项测试结果，探讨总结锶含量对锆钛酸钡基薄膜结构和介电、铁电性能的影响规律。
2.2 技术方案
3. 研究计划与安排
第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。
第4－7周：按照设计方案，制备bzt基薄膜材料。
第8－12周：利用xrd、sem、afm、raman、high-precision lcr meter、ferroelectric tester等测试手段对所制备的bzt基薄膜材料进行结构和性能表征。
4. 参考文献（12篇以上）
[1] 朱秀, 许桂生, 刘锦峰. 无铅压电材料的研究进展[j]. 中国材料进展, 2017, 36(04): 39-48.
[2] 刘行冰, 郭冬娇, 等. 溶胶-凝胶法制备bzt薄膜的介电性能研究[j]. 重庆科技学院学报(自然科学版), 2011, 13(05): 117-118.
[3] 邵健. ca、sr掺杂bzt无铅压电陶瓷的制备、微结构和电学性能研究[d]. 天津师范大学, 2014.
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