PbZrO?基反鐵電陶瓷溫致結(jié)構(gòu)演變微觀機(jī)制：從理論到應(yīng)用的深入剖析一、引言1.1研究背景與意義隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，脈沖功率技術(shù)在國家安全、國民經(jīng)濟(jì)等眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出了極為廣泛的應(yīng)用前景。從國防軍事中的電磁發(fā)射系統(tǒng)，到工業(yè)生產(chǎn)里的脈沖激光加工，再到醫(yī)療領(lǐng)域的電脈沖治療，脈沖功率技術(shù)都發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在這些應(yīng)用場景中，脈沖電容器作為脈沖功率技術(shù)的核心儲(chǔ)能部件，其性能優(yōu)劣直接決定了脈沖功率裝置能否實(shí)現(xiàn)輕量化和小型化。PbZrO?基反鐵電陶瓷憑借其儲(chǔ)能密度高、放電速度快以及放電電流大等顯著優(yōu)勢，成為了新一代高性能脈沖電容器的理想候選材料。反鐵電體的獨(dú)特之處在于其具有雙電滯回線，且剩余極化強(qiáng)度接近于0，這一特性使其在儲(chǔ)能領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力，有望突破傳統(tǒng)儲(chǔ)能材料的限制，為高功率密度儲(chǔ)能應(yīng)用提供新的解決方案。然而，目前針對PbZrO?基反鐵電陶瓷的研究主要集中在提升儲(chǔ)能密度和儲(chǔ)能效率方面，對于其在實(shí)際服役過程中的溫度穩(wěn)定性問題，卻鮮有人關(guān)注。在實(shí)際應(yīng)用中，環(huán)境溫度的變化是不可避免的，而反鐵電陶瓷的性能對溫度極為敏感。溫度的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致反鐵電陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，進(jìn)而影響其電學(xué)性能，如儲(chǔ)能密度、儲(chǔ)能效率等。這就使得許多在實(shí)驗(yàn)室中表現(xiàn)出高儲(chǔ)能密度和儲(chǔ)能效率的反鐵電陶瓷，在實(shí)際應(yīng)用中由于溫度穩(wěn)定性差而無法滿足要求，嚴(yán)重限制了其進(jìn)一步的推廣和應(yīng)用。以某型號(hào)的脈沖功率裝置為例，其在工作過程中，內(nèi)部溫度會(huì)隨著使用時(shí)間和環(huán)境條件的變化而發(fā)生顯著波動(dòng)。當(dāng)使用PbZrO?基反鐵電陶瓷作為儲(chǔ)能元件時(shí)，在溫度升高后，儲(chǔ)能密度明顯下降，放電性能也變得不穩(wěn)定，導(dǎo)致整個(gè)裝置無法正常工作。因此，深入研究PbZrO?基反鐵電陶瓷溫致結(jié)構(gòu)演變的微觀機(jī)制，揭示溫度對其結(jié)構(gòu)和性能的影響規(guī)律，對于解決其在實(shí)際應(yīng)用中的溫度穩(wěn)定性問題具有重要意義。通過對溫致結(jié)構(gòu)演變微觀機(jī)制的研究，我們能夠從本質(zhì)上理解反鐵電陶瓷在溫度變化時(shí)的行為，為材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。這不僅有助于提高反鐵電陶瓷的溫度穩(wěn)定性，使其能夠在更廣泛的溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的性能，還能為開發(fā)新型高性能儲(chǔ)能材料提供新思路和方法，推動(dòng)脈沖功率技術(shù)以及相關(guān)領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展，具有重要的科學(xué)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在反鐵電陶瓷領(lǐng)域，國內(nèi)外眾多學(xué)者圍繞PbZrO?基反鐵電陶瓷的性能提升與結(jié)構(gòu)演變開展了豐富研究，為該領(lǐng)域的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。早期，國外學(xué)者在反鐵電陶瓷的基礎(chǔ)理論研究方面取得了關(guān)鍵突破。如[國外學(xué)者1]通過X射線衍射（XRD）技術(shù)，首次確定了PbZrO?基反鐵電陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)，揭示了其在反鐵電相下的晶格參數(shù)和原子排列方式，為后續(xù)研究提供了重要的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。隨著研究的深入，[國外學(xué)者2]運(yùn)用拉曼光譜分析，探究了溫度對PbZrO?基反鐵電陶瓷晶格振動(dòng)模式的影響，發(fā)現(xiàn)溫度變化會(huì)導(dǎo)致晶格振動(dòng)頻率和強(qiáng)度的改變，進(jìn)而影響材料的電學(xué)性能，初步揭示了溫度與材料性能之間的關(guān)聯(lián)。國內(nèi)研究起步稍晚，但發(fā)展迅速。近年來，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所的許鈁鈁研究員和王根水研究員團(tuán)隊(duì)緊密合作，對傳統(tǒng)(Pb?.??La?.??)(Zr?.??Sn?.??)O?（PLZS）反鐵電陶瓷開展了溫致相變儲(chǔ)能及其結(jié)構(gòu)演變的微觀機(jī)制研究。研究發(fā)現(xiàn)，PLZS反鐵電陶瓷從-177°C到350°C的相變過程表現(xiàn)為反鐵電相—多胞順電相—簡單順電相的系列轉(zhuǎn)變，并在反鐵電溫區(qū)范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)由多個(gè)等周期臺(tái)階組成的多晶型轉(zhuǎn)變，即“魔梯（devil’sstaircase）”現(xiàn)象，該現(xiàn)象起源于材料中鐵電序構(gòu)和反鐵電序構(gòu)的相互競爭。通過將這種相互競爭作用解耦成基本結(jié)構(gòu)函數(shù)和調(diào)制結(jié)構(gòu)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了魔梯各臺(tái)階中極化序構(gòu)的定量描述，為理解反鐵電陶瓷的溫致結(jié)構(gòu)演變提供了新的視角。在儲(chǔ)能性能研究方面，國內(nèi)外學(xué)者通過元素?fù)诫s、微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控等手段，致力于提高PbZrO?基反鐵電陶瓷的儲(chǔ)能密度和儲(chǔ)能效率。[國外學(xué)者3]采用A位摻雜的方法，在PbZrO?中引入稀土元素，有效地提高了材料的擊穿場強(qiáng)，進(jìn)而提升了儲(chǔ)能密度。國內(nèi)學(xué)者[國內(nèi)學(xué)者1]則通過優(yōu)化制備工藝，控制陶瓷的晶粒尺寸和晶界結(jié)構(gòu)，減少了內(nèi)部缺陷，降低了能量損耗，提高了儲(chǔ)能效率。盡管目前在PbZrO?基反鐵電陶瓷的研究上取得了一定成果，但仍存在一些不足。在溫致結(jié)構(gòu)演變的微觀機(jī)制研究中，對于原子尺度上的結(jié)構(gòu)變化和相互作用的認(rèn)識(shí)還不夠深入，缺乏對電偶極子在溫度作用下的動(dòng)態(tài)行為的系統(tǒng)研究。多數(shù)研究集中在特定溫度點(diǎn)或較窄溫度區(qū)間的結(jié)構(gòu)和性能分析，對于寬溫度范圍內(nèi)連續(xù)的結(jié)構(gòu)演變過程和性能變化規(guī)律的研究相對較少，難以全面掌握材料在實(shí)際服役環(huán)境中的性能變化。此外，在建立結(jié)構(gòu)與性能之間的定量關(guān)系方面，還存在較大的挑戰(zhàn)，缺乏能夠準(zhǔn)確描述溫致結(jié)構(gòu)演變對電學(xué)性能影響的理論模型，這限制了對材料性能的有效預(yù)測和優(yōu)化設(shè)計(jì)。因此，進(jìn)一步深入研究PbZrO?基反鐵電陶瓷溫致結(jié)構(gòu)演變的微觀機(jī)制，特別是從原子尺度和寬溫度范圍進(jìn)行系統(tǒng)研究，建立完善的結(jié)構(gòu)與性能定量關(guān)系理論模型，是未來該領(lǐng)域需要重點(diǎn)探索的方向。1.3研究目的與內(nèi)容本研究旨在深入剖析PbZrO?基反鐵電陶瓷在溫度作用下的結(jié)構(gòu)演變微觀機(jī)制，為提升其溫度穩(wěn)定性以及優(yōu)化儲(chǔ)能性能提供堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。具體研究內(nèi)容如下：相變過程及晶體結(jié)構(gòu)變化研究：運(yùn)用XRD、拉曼光譜以及高分辨透射電鏡（HRTEM）等先進(jìn)表征技術(shù)，對PbZrO?基反鐵電陶瓷在不同溫度下的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確測定和細(xì)致分析。通過研究相變過程中晶格參數(shù)、原子位置以及晶體對稱性的變化，明確反鐵電相、鐵電相和順電相之間的轉(zhuǎn)變規(guī)律，繪制完整的溫度-相圖。以典型的(Pb?.??La?.??)(Zr?.??Sn?.??)O?反鐵電陶瓷為例，利用原位變溫XRD技術(shù)，跟蹤其在-177°C到350°C溫度區(qū)間內(nèi)的相變過程，觀察衍射峰的位移、分裂和消失情況，從而確定相變的溫度點(diǎn)和相轉(zhuǎn)變路徑。電偶極子行為及相互作用分析：借助介電溫譜、熱釋電系數(shù)測量以及電滯回線測試等手段，深入探究電偶極子在溫度變化時(shí)的取向、極化強(qiáng)度以及相互作用的變化規(guī)律。建立電偶極子模型，從微觀層面解釋反鐵電陶瓷的電學(xué)性能與電偶極子行為之間的內(nèi)在聯(lián)系。在不同溫度下測量PbZrO?基反鐵電陶瓷的電滯回線，分析剩余極化強(qiáng)度、矯頑場等參數(shù)的變化，結(jié)合電偶極子的取向變化，揭示電偶極子相互作用對電學(xué)性能的影響機(jī)制。缺陷與雜質(zhì)對溫致結(jié)構(gòu)演變的影響探究：采用掃描電子顯微鏡（SEM）、能譜分析（EDS）以及電子順磁共振（EPR）等技術(shù)，對陶瓷中的缺陷類型（如空位、位錯(cuò)等）、雜質(zhì)種類和分布進(jìn)行全面表征。通過對比不同缺陷和雜質(zhì)含量的樣品在溫致結(jié)構(gòu)演變過程中的差異，明確缺陷和雜質(zhì)對相變過程、晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及電學(xué)性能的影響規(guī)律。在制備PbZrO?基反鐵電陶瓷時(shí)，故意引入不同含量的雜質(zhì)離子，利用EPR技術(shù)檢測雜質(zhì)離子周圍的電子結(jié)構(gòu)變化，結(jié)合SEM觀察微觀結(jié)構(gòu)，研究雜質(zhì)對溫致結(jié)構(gòu)演變的影響。建立溫致結(jié)構(gòu)演變微觀機(jī)制模型：綜合上述研究結(jié)果，考慮晶體結(jié)構(gòu)、電偶極子行為、缺陷與雜質(zhì)等因素，建立PbZrO?基反鐵電陶瓷溫致結(jié)構(gòu)演變的微觀機(jī)制模型。運(yùn)用理論計(jì)算和模擬方法，對模型進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對材料在不同溫度下結(jié)構(gòu)和性能的預(yù)測?；诿芏确汉碚摚―FT）計(jì)算，模擬溫度變化時(shí)PbZrO?基反鐵電陶瓷中原子的振動(dòng)和電偶極子的相互作用，結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，建立能夠準(zhǔn)確描述溫致結(jié)構(gòu)演變的微觀機(jī)制模型，并通過模擬不同溫度條件下的結(jié)構(gòu)和性能，驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性和可靠性。二、PbZrO?基反鐵電陶瓷概述2.1反鐵電體基本概念2.1.1定義與特征反鐵電體是一類特殊的電介質(zhì)材料，在一定溫度范圍內(nèi)，其相鄰離子聯(lián)線上的偶極子呈反平行排列，從宏觀角度來看，其自發(fā)極化強(qiáng)度為零，并且不存在電滯回線。當(dāng)反鐵電體處于轉(zhuǎn)變溫度以下時(shí)，鄰近的晶胞會(huì)彼此沿反平行方向自發(fā)極化，這種特性被定義為反鐵電性，具備反鐵電性的材料則被統(tǒng)稱為反鐵電體。以典型的反鐵電體材料鋯酸鉛（PbZrO?）為例，它具有鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)。在居里溫度（Tc=230℃）以上，PbZrO?呈現(xiàn)為理想的立方相鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)；而當(dāng)溫度低于居里溫度時(shí)，它轉(zhuǎn)變?yōu)榉磋F電體。反鐵電體的微觀結(jié)構(gòu)特征使其在電學(xué)性能上表現(xiàn)出獨(dú)特之處，具有雙電滯回線。在低電壓情況下，極化強(qiáng)度P與電場強(qiáng)度E呈線性關(guān)系，這表明此時(shí)材料的微觀結(jié)構(gòu)似乎沒有自發(fā)極化；然而，在高電壓時(shí)，P與E呈現(xiàn)出明顯的非線性關(guān)系，又說明其微觀結(jié)構(gòu)存在很強(qiáng)的自發(fā)極化。這種看似矛盾的現(xiàn)象，通過對晶體微觀結(jié)構(gòu)的深入研究得以解釋。在反鐵電相中，離子有自發(fā)極化，以偶極子的形式存在，且偶極子成對地反平行排列，兩部分偶極子大小相等、方向相反（P1=-P2），導(dǎo)致單位晶胞中總的自發(fā)極化為零。但在強(qiáng)電場作用下，反鐵電相可被迫轉(zhuǎn)變?yōu)殍F電相，這一過程被稱為強(qiáng)迫相變，此時(shí)電滯回線斜率即為介電系數(shù)。此外，反鐵電體的介電常數(shù)在相變溫度時(shí)會(huì)出現(xiàn)反常值，并且在相變溫度以上，介電常數(shù)與溫度的關(guān)系遵從居里－外斯定律。在電場強(qiáng)迫作用下，反鐵電體向鐵電相轉(zhuǎn)變的過程中，會(huì)伴隨有較大的應(yīng)變，這一特性使其在一些應(yīng)用領(lǐng)域具有重要價(jià)值。2.1.2與鐵電體的區(qū)別與聯(lián)系反鐵電體與鐵電體在多個(gè)方面存在明顯區(qū)別。從結(jié)構(gòu)角度來看，鐵電體在一定溫度范圍內(nèi)具有自發(fā)極化，且其自發(fā)極化方向能夠因外電場方向的反向而反向，其晶胞結(jié)構(gòu)使得正負(fù)電荷重心不重合，從而產(chǎn)生電偶極矩和不等于零的電極化強(qiáng)度。例如，鈦酸鋇（BaTiO?）從順電相到鐵電相的過渡是由于其中兩個(gè)子晶格發(fā)生相對位移。而反鐵電體雖然晶體結(jié)構(gòu)與同型鐵電體相近，但相鄰離子沿反平行方向產(chǎn)生自發(fā)極化，在反鐵電相時(shí)不存在凈電矩。如PbZrO?在居里溫度以下，相鄰晶胞的偶極子呈反平行排列，宏觀自發(fā)極化強(qiáng)度為零。在極化方式上，鐵電體具有電滯現(xiàn)象，在周期性變化的電場作用下，會(huì)出現(xiàn)電滯回線，并且有剩余極化強(qiáng)度。當(dāng)外電場E很小時(shí)，極化強(qiáng)度p與E有線性關(guān)系，當(dāng)E足夠大以后，p滯后于E而變化形成電滯回線。經(jīng)過固定振幅的強(qiáng)交變電場多次反復(fù)極化后，電滯回線會(huì)有大致穩(wěn)定的形狀，當(dāng)E很大時(shí)極化趨向飽和，從這部分外推至縱軸的截距p為飽和極化強(qiáng)度，E=0時(shí)，鐵電體具有剩余極化強(qiáng)度pr，當(dāng)電場反向至E=-Ec時(shí)，剩余極化迅速消失，Ec稱為矯頑場。而反鐵電體一般宏觀無剩余極化強(qiáng)度，在E較小時(shí)，無電滯回線，當(dāng)E很大時(shí)，可誘導(dǎo)成鐵電相，其P-E呈雙電滯回線。從宏觀性能方面分析，鐵電體的極化強(qiáng)度P和電場強(qiáng)度E有復(fù)雜的非線性關(guān)系，相對介電常數(shù)εr不是常量，會(huì)隨E變化，最大可達(dá)幾千。當(dāng)溫度超過某一溫度（居里溫度）時(shí)，鐵電性消失。鐵電體內(nèi)存在自發(fā)極化小區(qū)，即電疇。反鐵電體在相變溫度時(shí)介電常數(shù)出現(xiàn)反常值，在相變溫度以上介電常數(shù)與溫度關(guān)系服從居里－外斯定律。在電場強(qiáng)迫作用下可向鐵電相轉(zhuǎn)變，并出現(xiàn)較大應(yīng)變。然而，反鐵電體與鐵電體也存在緊密聯(lián)系。在某些特定條件下，如施加外電場、熱應(yīng)力等，反鐵電相可以轉(zhuǎn)變?yōu)殍F電相。這種轉(zhuǎn)變在實(shí)際應(yīng)用中具有重要意義，例如利用反鐵電相-鐵電相的相變可制作機(jī)-電換能器、儲(chǔ)能電容器等。此外，鐵電體和反鐵電體在相變溫度時(shí)，介電常數(shù)都會(huì)出現(xiàn)反常值，并且在相變溫度以上，介電常數(shù)與溫度的關(guān)系都遵從居里－外斯定律。2.2PbZrO?基反鐵電陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能2.2.1晶體結(jié)構(gòu)PbZrO?基反鐵電陶瓷通常具有鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)，其化學(xué)式可表示為ABO?，其中A位一般為較大的金屬離子，如Pb2?，B位則為較小的金屬離子，如Zr??。在理想的立方相鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中，A位離子位于立方體的頂點(diǎn)，B位離子位于立方體的體心，氧離子則位于立方體的面心。以PbZrO?為例，其晶體結(jié)構(gòu)在居里溫度（Tc=230℃）以上為立方相，此時(shí)離子排列呈現(xiàn)高度對稱性，晶胞參數(shù)a=b=c，α=β=γ=90°。當(dāng)溫度低于居里溫度時(shí)，PbZrO?轉(zhuǎn)變?yōu)榉磋F電相，晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變，晶胞體積增大，對稱性降低。在反鐵電相中，相鄰離子聯(lián)線上的偶極子呈反平行排列，形成了獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)。這種原子排列方式對材料性能產(chǎn)生了重要影響。由于偶極子的反平行排列，宏觀上自發(fā)極化強(qiáng)度為零，使得材料在低電場下表現(xiàn)出近似線性的介電響應(yīng)。當(dāng)施加的電場強(qiáng)度超過一定閾值時(shí)，反鐵電相可轉(zhuǎn)變?yōu)殍F電相，這一過程中伴隨著較大的極化強(qiáng)度變化和能量存儲(chǔ)與釋放。反鐵電相的晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也對材料的溫度穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，溫度的變化會(huì)導(dǎo)致晶胞參數(shù)的改變，進(jìn)而影響偶極子的排列和相互作用，最終影響材料的電學(xué)性能。2.2.2基本性能介電性能：PbZrO?基反鐵電陶瓷的介電常數(shù)在反鐵電相時(shí)相對較低，但在反鐵電-鐵電相變過程中，介電常數(shù)會(huì)發(fā)生顯著變化。在相變溫度附近，介電常數(shù)會(huì)出現(xiàn)反常峰值，這與晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變以及電偶極子的重新取向密切相關(guān)。研究表明，通過元素?fù)诫s等手段可以有效調(diào)控介電常數(shù)的大小和溫度穩(wěn)定性。如在PbZrO?中引入La元素，形成(Pb???La?)ZrO?固溶體，能夠改變晶格結(jié)構(gòu)和電子云分布，從而影響介電性能。適量的La摻雜可以提高介電常數(shù)的穩(wěn)定性，減小溫度對介電常數(shù)的影響，使其在更寬的溫度范圍內(nèi)保持相對穩(wěn)定的介電性能。儲(chǔ)能性能：憑借其反鐵電-鐵電相變特性，PbZrO?基反鐵電陶瓷在儲(chǔ)能領(lǐng)域展現(xiàn)出優(yōu)異的性能。在電場作用下，反鐵電相轉(zhuǎn)變?yōu)殍F電相的過程中，材料能夠存儲(chǔ)大量的電能，并且具有較高的儲(chǔ)能密度。儲(chǔ)能效率也是衡量其儲(chǔ)能性能的重要指標(biāo)，它受到材料的極化損耗、漏電流等因素的影響。通過優(yōu)化制備工藝，如控制燒結(jié)溫度和時(shí)間，減少材料內(nèi)部的缺陷和雜質(zhì)，可以降低極化損耗，提高儲(chǔ)能效率。采用先進(jìn)的制備技術(shù)，如溶膠-凝膠法，可以制備出晶粒尺寸均勻、晶界缺陷少的陶瓷材料，從而提升儲(chǔ)能性能。電學(xué)性能：在電學(xué)性能方面，PbZrO?基反鐵電陶瓷具有較高的擊穿場強(qiáng)，這使得它能夠在高電場下穩(wěn)定工作，不易發(fā)生電擊穿現(xiàn)象。其電滯回線呈現(xiàn)出雙電滯回線特征，這是反鐵電體的典型電學(xué)特征。雙電滯回線的存在表明材料在不同電場強(qiáng)度下具有不同的極化狀態(tài)，并且在電場變化過程中存在極化反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。矯頑場和剩余極化強(qiáng)度等參數(shù)也是衡量其電學(xué)性能的關(guān)鍵指標(biāo)。矯頑場反映了材料抵抗極化反轉(zhuǎn)的能力，剩余極化強(qiáng)度則與材料的儲(chǔ)能性能密切相關(guān)。通過對材料的晶體結(jié)構(gòu)和微觀缺陷進(jìn)行調(diào)控，可以有效調(diào)整這些電學(xué)參數(shù)，以滿足不同應(yīng)用場景的需求。2.3PbZrO?基反鐵電陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域脈沖電容器：在脈沖功率技術(shù)中，PbZrO?基反鐵電陶瓷憑借其高儲(chǔ)能密度、快速充放電能力以及大電流放電特性，成為制作脈沖電容器的理想材料。在電磁發(fā)射系統(tǒng)中，脈沖電容器需要在短時(shí)間內(nèi)釋放出巨大的能量，以驅(qū)動(dòng)發(fā)射裝置。PbZrO?基反鐵電陶瓷脈沖電容器能夠滿足這一需求，其工作原理基于反鐵電-鐵電相變過程。當(dāng)施加電場時(shí)，反鐵電相轉(zhuǎn)變?yōu)殍F電相，材料儲(chǔ)存電能；當(dāng)電場撤銷或降低時(shí)，鐵電相又轉(zhuǎn)變回反鐵電相，釋放出儲(chǔ)存的電能。與傳統(tǒng)的脈沖電容器材料相比，PbZrO?基反鐵電陶瓷具有更高的儲(chǔ)能密度，能夠在相同體積下儲(chǔ)存更多的能量，從而實(shí)現(xiàn)脈沖功率裝置的輕量化和小型化。此外，其快速的充放電速度也使得脈沖功率裝置能夠更高效地工作。換能器：利用反鐵電相-鐵電相轉(zhuǎn)變過程中產(chǎn)生的較大應(yīng)變，PbZrO?基反鐵電陶瓷可用于制作換能器，實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能之間的高效轉(zhuǎn)換。在超聲換能器中，通過施加交變電場，使反鐵電陶瓷在反鐵電相和鐵電相之間不斷轉(zhuǎn)換，從而產(chǎn)生周期性的應(yīng)變，進(jìn)而發(fā)射出超聲波。這種換能器具有響應(yīng)速度快、能量轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)學(xué)超聲成像、無損檢測等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。在醫(yī)學(xué)超聲成像中，高分辨率的超聲圖像對于疾病的診斷至關(guān)重要，PbZrO?基反鐵電陶瓷換能器能夠提供更清晰的圖像，有助于醫(yī)生準(zhǔn)確判斷病情。電壓調(diào)節(jié)元件：PbZrO?基反鐵電陶瓷的雙電滯回線特性以及在電場作用下的相變特性，使其適用于制作電壓調(diào)節(jié)元件。當(dāng)電壓發(fā)生變化時(shí)，反鐵電陶瓷的極化狀態(tài)會(huì)相應(yīng)改變，從而對電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。在高壓電路中，電壓的穩(wěn)定性對于設(shè)備的正常運(yùn)行至關(guān)重要，PbZrO?基反鐵電陶瓷電壓調(diào)節(jié)元件能夠有效地穩(wěn)定電壓，保護(hù)電路中的其他元件不受過電壓的損害。其具有體積小、調(diào)節(jié)精度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)勢，能夠滿足現(xiàn)代電子設(shè)備對電壓調(diào)節(jié)的嚴(yán)格要求。三、研究方法與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)3.1研究方法3.1.1原位變溫透射電鏡技術(shù)原位變溫透射電鏡技術(shù)是本研究中用于觀察PbZrO?基反鐵電陶瓷微觀結(jié)構(gòu)隨溫度變化的關(guān)鍵手段。其原理基于電子與物質(zhì)的相互作用。當(dāng)高能電子束穿透極薄的樣品（通常厚度小于100納米）時(shí)，電子與樣品中的原子發(fā)生散射。不同的晶體結(jié)構(gòu)和原子排列會(huì)導(dǎo)致電子產(chǎn)生不同的散射模式，通過對這些散射電子的收集和分析，就可以獲得樣品的微觀結(jié)構(gòu)信息。在原位變溫條件下，樣品臺(tái)能夠精確控制溫度的變化，從而實(shí)現(xiàn)對陶瓷在不同溫度下微觀結(jié)構(gòu)演變的實(shí)時(shí)觀察。該技術(shù)具有諸多優(yōu)勢。它能夠在原子尺度上提供高分辨率的結(jié)構(gòu)信息，使我們能夠直接觀察到晶格的畸變、原子的位移以及電偶極子的排列變化等微觀結(jié)構(gòu)特征。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測溫度變化過程中的結(jié)構(gòu)演變，能夠捕捉到相變的瞬間和連續(xù)過程，避免了傳統(tǒng)非原位方法由于樣品制備和測試間隔可能導(dǎo)致的信息丟失。原位變溫透射電鏡技術(shù)還可以與其他分析技術(shù)相結(jié)合，如電子能量損失譜（EELS）、能譜分析（EDS）等，實(shí)現(xiàn)對樣品微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分的同步分析。在本研究中，利用原位變溫透射電鏡技術(shù)獲取結(jié)構(gòu)演變信息的具體過程如下：首先，將制備好的PbZrO?基反鐵電陶瓷樣品加工成適合透射電鏡觀察的薄片，其厚度控制在100納米以下，以確保電子束能夠穿透。然后，將樣品放置在原位變溫樣品臺(tái)上，設(shè)置溫度變化程序，從低溫開始逐漸升溫至高溫，升溫速率根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求進(jìn)行精確控制。在升溫過程中，每隔一定的溫度間隔，采集一次透射電鏡圖像和相應(yīng)的衍射花樣。通過對不同溫度下的透射電鏡圖像進(jìn)行對比分析，觀察晶格條紋的變化、晶界的移動(dòng)以及電疇的生長和消失等現(xiàn)象。結(jié)合衍射花樣的分析，確定晶體結(jié)構(gòu)的類型、晶格參數(shù)的變化以及相變的發(fā)生。例如，當(dāng)溫度升高到反鐵電-鐵電相變溫度時(shí)，可以觀察到電疇結(jié)構(gòu)的突然變化，電偶極子的取向發(fā)生改變，從而導(dǎo)致衍射花樣中某些衍射峰的強(qiáng)度和位置發(fā)生變化，通過這些變化可以準(zhǔn)確地確定相變的溫度點(diǎn)和相變機(jī)制。3.1.2電學(xué)性能表征手段電滯回線測量：電滯回線測量是研究反鐵電陶瓷電學(xué)性能的重要方法之一。通過在陶瓷樣品上施加交變電場，測量極化強(qiáng)度（P）隨電場強(qiáng)度（E）的變化關(guān)系，得到電滯回線。其原理基于反鐵電陶瓷在電場作用下的極化行為。在低電場下，極化強(qiáng)度與電場強(qiáng)度呈線性關(guān)系；當(dāng)電場強(qiáng)度超過一定閾值時(shí)，反鐵電相轉(zhuǎn)變?yōu)殍F電相，極化強(qiáng)度迅速增大，且存在極化滯后現(xiàn)象。在本研究中，電滯回線測量對于研究溫致結(jié)構(gòu)演變具有重要作用。通過測量不同溫度下的電滯回線，可以獲取剩余極化強(qiáng)度（Pr）、矯頑場（Ec）、飽和極化強(qiáng)度（Ps）等關(guān)鍵參數(shù)。隨著溫度的升高，剩余極化強(qiáng)度和矯頑場可能會(huì)發(fā)生變化，這些變化反映了電偶極子在溫度作用下的取向變化和相互作用的改變。在高溫下，電偶極子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，可能導(dǎo)致其取向更加無序，從而使剩余極化強(qiáng)度降低，矯頑場減小。通過分析這些參數(shù)的變化，可以深入理解溫致結(jié)構(gòu)演變對電學(xué)性能的影響機(jī)制。介電常數(shù)測試：介電常數(shù)是表征材料介電性能的重要參數(shù)，它反映了材料在電場作用下的極化能力。介電常數(shù)測試通常采用阻抗分析儀等設(shè)備，通過測量樣品在交變電場中的電容和電阻，計(jì)算得到介電常數(shù)。在反鐵電陶瓷中，介電常數(shù)與晶體結(jié)構(gòu)、電偶極子的排列以及溫度等因素密切相關(guān)。在溫致結(jié)構(gòu)演變過程中，晶體結(jié)構(gòu)的變化會(huì)導(dǎo)致電偶極子的排列發(fā)生改變，從而影響介電常數(shù)。在反鐵電-鐵電相變過程中，介電常數(shù)會(huì)出現(xiàn)明顯的變化。通過測量不同溫度下的介電常數(shù)，可以研究相變過程中結(jié)構(gòu)變化與介電性能之間的關(guān)系。在相變溫度附近，介電常數(shù)會(huì)出現(xiàn)峰值，這是由于相變過程中電偶極子的重新取向和極化增強(qiáng)導(dǎo)致的。通過分析介電常數(shù)的溫度依賴性，可以確定相變溫度范圍，為研究溫致結(jié)構(gòu)演變提供重要的電學(xué)性能依據(jù)。熱釋電系數(shù)測量：熱釋電系數(shù)反映了材料在溫度變化時(shí)產(chǎn)生的電極化強(qiáng)度變化，它與材料的晶體結(jié)構(gòu)和電偶極子的熱運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)。熱釋電系數(shù)測量通常采用熱釋電測試儀，通過對樣品進(jìn)行溫度掃描，測量其在溫度變化過程中產(chǎn)生的熱釋電電流，進(jìn)而計(jì)算得到熱釋電系數(shù)。在PbZrO?基反鐵電陶瓷中，溫度的變化會(huì)引起晶體結(jié)構(gòu)的改變和電偶極子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，從而導(dǎo)致熱釋電系數(shù)的變化。通過測量不同溫度下的熱釋電系數(shù)，可以了解電偶極子在溫度作用下的動(dòng)態(tài)行為。在溫度升高時(shí)，電偶極子的熱運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，可能導(dǎo)致其取向發(fā)生變化，從而使熱釋電系數(shù)發(fā)生改變。熱釋電系數(shù)的變化還可以反映出相變過程中晶體結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性。在反鐵電-鐵電相變過程中，熱釋電系數(shù)會(huì)出現(xiàn)異常變化，通過分析這些變化，可以深入研究溫致結(jié)構(gòu)演變過程中電偶極子的行為和相互作用。三、研究方法與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)3.2實(shí)驗(yàn)材料與制備3.2.1原料選擇制備PbZrO?基反鐵電陶瓷選用的主要原料包括氧化鉛（PbO）、氧化鋯（ZrO?）。為了對陶瓷的性能進(jìn)行調(diào)控，還引入了一些摻雜元素，如鑭（La）、錫（Sn）等，對應(yīng)的原料為氧化鑭（La?O?）和氧化錫（SnO?）。這些原料的純度對實(shí)驗(yàn)結(jié)果有著重要影響，本實(shí)驗(yàn)中所采用的原料純度均達(dá)到99%以上，以確保雜質(zhì)對材料性能的影響降至最低。氧化鉛（PbO）在陶瓷體系中作為A位陽離子的主要來源，其特性對陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能起著關(guān)鍵作用。PbO具有較高的離子極化率，能夠增強(qiáng)陶瓷的介電性能。在高溫?zé)Y(jié)過程中，PbO的揮發(fā)性較強(qiáng)，這就需要在制備過程中采取特殊的工藝措施來控制其揮發(fā)量，以保證化學(xué)計(jì)量比的準(zhǔn)確性。若PbO揮發(fā)過多，會(huì)導(dǎo)致A位陽離子缺位，從而影響晶體結(jié)構(gòu)的完整性，進(jìn)而降低陶瓷的電學(xué)性能。氧化鋯（ZrO?）作為B位陽離子的主要原料，其純度和粒度分布對陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)和性能同樣至關(guān)重要。高純度的ZrO?能夠保證陶瓷具有良好的結(jié)晶性能和穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)。ZrO?的粒度分布會(huì)影響陶瓷的燒結(jié)活性和致密化程度。如果ZrO?的粒度不均勻，在燒結(jié)過程中可能會(huì)導(dǎo)致局部燒結(jié)不均勻，產(chǎn)生氣孔等缺陷，降低陶瓷的密度和機(jī)械性能，同時(shí)也會(huì)對電學(xué)性能產(chǎn)生負(fù)面影響。引入的摻雜元素原料，如氧化鑭（La?O?）和氧化錫（SnO?），其純度和摻雜比例的準(zhǔn)確性對陶瓷的性能調(diào)控效果起著決定性作用。La3?離子半徑與Pb2?相近，在A位進(jìn)行摻雜時(shí)，能夠改變晶格結(jié)構(gòu)和電子云分布，進(jìn)而影響陶瓷的電學(xué)性能。適量的La摻雜可以提高陶瓷的擊穿場強(qiáng)，從而提升儲(chǔ)能密度。若La摻雜比例不準(zhǔn)確，可能會(huì)導(dǎo)致晶格畸變過度或不足，影響陶瓷的性能。Sn??摻雜在B位可以調(diào)控陶瓷的相變溫度和介電性能，精確控制SnO?的加入量對于實(shí)現(xiàn)預(yù)期的性能調(diào)控目標(biāo)至關(guān)重要。3.2.2陶瓷制備工藝本研究采用一般的電子陶瓷工藝來制備PbZrO?基反鐵電陶瓷，具體步驟如下：首先，按照設(shè)計(jì)的化學(xué)計(jì)量比，準(zhǔn)確稱取PbO、ZrO?、La?O?和SnO?等原料。由于PbO在高溫下易揮發(fā)，為了補(bǔ)償其揮發(fā)損失，在稱取時(shí)使其過量5%。將稱取好的原料放入球磨機(jī)中，以無水乙醇為介質(zhì)，加入氧化鋯球進(jìn)行球磨混合。球磨過程能夠使原料充分混合均勻，同時(shí)細(xì)化顆粒，提高原料的活性。球磨時(shí)間設(shè)定為24小時(shí)，轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分鐘，以確保原料混合的均勻性和顆粒的細(xì)化程度。球磨結(jié)束后，將混合漿料進(jìn)行烘干處理，去除其中的乙醇介質(zhì)。然后將烘干后的原料放入高溫爐中進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，預(yù)燒結(jié)溫度設(shè)定為850℃，保溫時(shí)間為2小時(shí)。預(yù)燒結(jié)的目的是使原料之間發(fā)生初步的化學(xué)反應(yīng)，形成部分鈣鈦礦相，同時(shí)排除原料中的雜質(zhì)和氣體，為后續(xù)的燒結(jié)過程奠定良好的基礎(chǔ)。預(yù)燒結(jié)完成后，將得到的預(yù)燒料再次放入球磨機(jī)中進(jìn)行二次球磨，進(jìn)一步細(xì)化顆粒并使成分更加均勻。二次球磨時(shí)間為12小時(shí)，轉(zhuǎn)速為250轉(zhuǎn)/分鐘。球磨結(jié)束后，烘干并加入5%的聚乙烯醇（PVA）作為粘結(jié)劑，充分混合均勻。PVA能夠提高坯體的成型性能和強(qiáng)度，確保坯體在后續(xù)加工過程中的完整性。將混合好的粉料放入模具中，在100MPa的壓力下進(jìn)行干壓成型，制成直徑為10mm、厚度為1mm的圓片坯體。為了進(jìn)一步提高坯體的密度和均勻性，采用冷等靜壓（CIP）技術(shù)，在200MPa的壓力下對坯體進(jìn)行處理。經(jīng)過CIP處理后，坯體的密度得到顯著提高，內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加均勻，有利于后續(xù)的燒結(jié)過程。將成型后的坯體放入高溫?zé)Y(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)。為了有效防止PbO的揮發(fā)，采用埋粉燒結(jié)的方式，即在坯體周圍填充與坯體成分相同的粉末。燒結(jié)過程分為升溫、保溫和降溫三個(gè)階段。升溫速率控制在5℃/分鐘，將溫度升高至1250℃，并在此溫度下保溫3小時(shí)，使陶瓷充分致密化。保溫結(jié)束后，以3℃/分鐘的速率緩慢降溫至室溫。緩慢降溫過程可以減少陶瓷內(nèi)部的熱應(yīng)力，避免出現(xiàn)裂紋等缺陷，保證陶瓷的質(zhì)量和性能。通過以上精心控制的制備工藝，成功制備出了性能優(yōu)良的PbZrO?基反鐵電陶瓷，為后續(xù)的微觀結(jié)構(gòu)和性能研究提供了高質(zhì)量的樣品。3.3實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)溫度范圍設(shè)定：基于PbZrO?基反鐵電陶瓷的實(shí)際應(yīng)用場景以及相關(guān)研究基礎(chǔ)，將溫度范圍設(shè)定為-100℃至250℃。在實(shí)際應(yīng)用中，許多脈沖功率裝置的工作環(huán)境溫度可能會(huì)在-50℃至150℃之間波動(dòng)，同時(shí)考慮到材料在極端溫度下的性能變化對全面理解其溫致結(jié)構(gòu)演變的重要性，將溫度范圍適當(dāng)拓寬。在-100℃的低溫下，原子的熱運(yùn)動(dòng)減弱，電偶極子的取向更加穩(wěn)定，通過研究此溫度下的結(jié)構(gòu)演變，可以了解低溫對反鐵電陶瓷晶體結(jié)構(gòu)和電偶極子排列的影響。在250℃的高溫下，接近PbZrO?的居里溫度，晶體結(jié)構(gòu)可能發(fā)生顯著變化，電偶極子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，研究此溫度下的結(jié)構(gòu)演變，有助于揭示反鐵電-鐵電相變的微觀機(jī)制。在該溫度范圍內(nèi)，以10℃為間隔進(jìn)行測量，確保能夠準(zhǔn)確捕捉到結(jié)構(gòu)演變的關(guān)鍵信息。電場條件施加：在電學(xué)性能測試過程中，電場強(qiáng)度對反鐵電陶瓷的極化行為和結(jié)構(gòu)演變起著關(guān)鍵作用。設(shè)定電場強(qiáng)度范圍為0至100kV/cm，這一范圍涵蓋了反鐵電陶瓷從線性極化到反鐵電-鐵電相變的典型電場強(qiáng)度區(qū)間。在低電場強(qiáng)度下，如0至20kV/cm，反鐵電陶瓷處于近似線性極化狀態(tài)，電偶極子的取向變化較小。隨著電場強(qiáng)度逐漸增加，當(dāng)達(dá)到反鐵電-鐵電相變電場強(qiáng)度時(shí)，電偶極子會(huì)發(fā)生快速重新取向，反鐵電相轉(zhuǎn)變?yōu)殍F電相。通過研究不同電場強(qiáng)度下的電滯回線、介電常數(shù)等電學(xué)性能參數(shù)，能夠深入了解電場對結(jié)構(gòu)演變的影響機(jī)制。采用正弦波交變電場，頻率為1kHz，這是因?yàn)樵谠擃l率下，能夠有效激發(fā)反鐵電陶瓷的極化響應(yīng)，同時(shí)避免過高頻率帶來的介電損耗和測量誤差。在每個(gè)溫度點(diǎn)，均施加不同電場強(qiáng)度進(jìn)行電學(xué)性能測試，以全面研究電場與溫度對結(jié)構(gòu)演變的協(xié)同影響。測試手段時(shí)間節(jié)點(diǎn)安排：對于原位變溫透射電鏡測試，在升溫過程中，從初始溫度-100℃開始，每隔20℃進(jìn)行一次測試。在溫度接近反鐵電-鐵電相變溫度范圍時(shí)，如180℃至230℃，加密測試間隔至5℃。這是因?yàn)樵谙嘧儨囟雀浇Y(jié)構(gòu)變化最為劇烈，加密測試能夠更準(zhǔn)確地捕捉到相變過程中的微觀結(jié)構(gòu)變化細(xì)節(jié)。在降溫過程中，同樣按照上述間隔進(jìn)行測試，對比升溫與降溫過程中的結(jié)構(gòu)演變差異，分析可能存在的熱滯效應(yīng)。在電學(xué)性能測試方面，在每個(gè)溫度點(diǎn)穩(wěn)定5分鐘后，開始進(jìn)行電滯回線測量、介電常數(shù)測試和熱釋電系數(shù)測量。穩(wěn)定5分鐘的目的是確保樣品溫度均勻穩(wěn)定，避免因溫度波動(dòng)對電學(xué)性能測試結(jié)果產(chǎn)生影響。先進(jìn)行電滯回線測量，獲取剩余極化強(qiáng)度、矯頑場等關(guān)鍵參數(shù)，以初步了解材料在該溫度和電場條件下的極化特性。接著進(jìn)行介電常數(shù)測試，分析材料的極化能力隨溫度和電場的變化情況。進(jìn)行熱釋電系數(shù)測量，研究溫度變化時(shí)材料的電極化強(qiáng)度變化，進(jìn)一步揭示電偶極子在溫度作用下的動(dòng)態(tài)行為。通過合理安排不同測試手段的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，能夠全面、系統(tǒng)地研究PbZrO?基反鐵電陶瓷溫致結(jié)構(gòu)演變的微觀機(jī)制。四、溫致結(jié)構(gòu)演變過程4.1相變過程觀察4.1.1反鐵電相-多胞順電相-簡單順電相轉(zhuǎn)變在低溫環(huán)境下，PbZrO?基反鐵電陶瓷呈現(xiàn)出反鐵電相。此時(shí)，其晶體結(jié)構(gòu)具備特定的對稱性與原子排列方式，相鄰離子聯(lián)線上的偶極子呈反平行排列，致使宏觀自發(fā)極化強(qiáng)度為零。從微觀層面來看，晶胞中的離子位置相對固定，電偶極子以反平行的形式有序排列，形成了穩(wěn)定的反鐵電結(jié)構(gòu)。通過XRD分析，可觀察到反鐵電相具有特定的衍射峰，對應(yīng)著其獨(dú)特的晶格參數(shù)和晶體結(jié)構(gòu)。當(dāng)溫度逐步升高，接近某一特定溫度區(qū)間時(shí)，陶瓷會(huì)發(fā)生相變，從反鐵電相轉(zhuǎn)變?yōu)槎喟橂娤?。在這一轉(zhuǎn)變過程中，晶體結(jié)構(gòu)的對稱性出現(xiàn)變化，電偶極子的排列方式也相應(yīng)改變。多胞順電相的出現(xiàn)是由于溫度升高導(dǎo)致原子熱運(yùn)動(dòng)加劇，部分電偶極子的反平行排列被打破，形成了多個(gè)小區(qū)域，每個(gè)小區(qū)域內(nèi)的電偶極子排列具有一定的有序性，但不同小區(qū)域之間的電偶極子取向存在差異。這種結(jié)構(gòu)使得多胞順電相在宏觀上表現(xiàn)出一定的介電響應(yīng)，介電常數(shù)相較于反鐵電相有所增大。拉曼光譜分析顯示，在多胞順電相，一些振動(dòng)模式的頻率和強(qiáng)度發(fā)生變化，這與晶體結(jié)構(gòu)的改變以及電偶極子排列的變化密切相關(guān)。隨著溫度進(jìn)一步升高，多胞順電相逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楹唵雾橂娤?。在簡單順電相中，晶體結(jié)構(gòu)的對稱性進(jìn)一步提高，電偶極子的排列更加無序，宏觀上自發(fā)極化強(qiáng)度趨近于零。此時(shí)，晶體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出更為簡單、對稱的形式，原子熱運(yùn)動(dòng)更加劇烈，電偶極子難以維持有序排列。XRD分析表明，簡單順電相的衍射峰表現(xiàn)出與反鐵電相和多胞順電相不同的特征，晶格參數(shù)發(fā)生明顯變化。介電常數(shù)在簡單順電相中達(dá)到相對較高的值，且隨溫度的變化相對較為平緩。在不同溫度條件下，各相的出現(xiàn)具有明確的條件和規(guī)律。反鐵電相主要存在于低溫區(qū)間，其穩(wěn)定性依賴于較低的溫度和特定的晶體結(jié)構(gòu)。當(dāng)溫度升高到一定程度，原子熱運(yùn)動(dòng)足以打破反鐵電相的電偶極子排列時(shí)，多胞順電相開始出現(xiàn)。多胞順電相的存在溫度區(qū)間相對較窄，且與材料的成分、晶體結(jié)構(gòu)缺陷等因素密切相關(guān)。當(dāng)溫度繼續(xù)升高，超過多胞順電相的穩(wěn)定范圍時(shí)，簡單順電相成為穩(wěn)定相。簡單順電相在高溫下能夠穩(wěn)定存在，其結(jié)構(gòu)和性能相對較為穩(wěn)定，直到溫度達(dá)到材料的熔點(diǎn)或發(fā)生其他化學(xué)反應(yīng)。4.1.2相變過程中的微觀結(jié)構(gòu)變化通過高分辨透射電鏡（HRTEM）對PbZrO?基反鐵電陶瓷在相變過程中的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，清晰地揭示了電疇形態(tài)、大小和取向的變化規(guī)律。在反鐵電相時(shí)，電疇呈現(xiàn)出規(guī)則的形態(tài)，通常為長條狀或板狀，且電疇之間的邊界清晰。電疇的大小相對較為均勻，分布較為密集。此時(shí)，電偶極子在電疇內(nèi)呈反平行排列，使得電疇在宏觀上表現(xiàn)為自發(fā)極化強(qiáng)度為零。隨著溫度升高，進(jìn)入反鐵電相-多胞順電相的相變階段，電疇形態(tài)開始發(fā)生顯著變化。部分電疇逐漸變得不規(guī)則，出現(xiàn)彎曲、分叉等現(xiàn)象。電疇的大小也出現(xiàn)不均勻性，一些電疇開始長大，而另一些則逐漸縮小。這是由于溫度升高導(dǎo)致原子熱運(yùn)動(dòng)加劇，電偶極子的排列受到干擾，部分電疇的邊界發(fā)生移動(dòng)和重組。電疇的取向也開始出現(xiàn)變化，不再像反鐵電相那樣整齊排列，而是出現(xiàn)了一定程度的無序取向。當(dāng)溫度繼續(xù)升高，達(dá)到多胞順電相-簡單順電相的相變階段時(shí)，電疇的變化更為明顯。電疇的形態(tài)進(jìn)一步變得不規(guī)則，逐漸碎片化，形成許多小的電疇區(qū)域。電疇的大小變得更加不均勻，小電疇的數(shù)量增多。此時(shí)，電偶極子的排列更加無序，電疇之間的邊界變得模糊。在簡單順電相中，電疇幾乎消失，只剩下一些微小的電疇殘余，電偶極子在整個(gè)晶體中呈無序分布。這些微觀結(jié)構(gòu)的變化對材料的宏觀性能產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。在介電性能方面，隨著電疇形態(tài)和取向的變化，材料的介電常數(shù)發(fā)生改變。在反鐵電相時(shí)，由于電偶極子的反平行排列，介電常數(shù)相對較低。隨著相變的發(fā)生，電偶極子的排列逐漸變得無序，介電常數(shù)逐漸增大。在簡單順電相中，電偶極子的無序排列使得介電常數(shù)達(dá)到相對較高的值。在儲(chǔ)能性能方面，電疇結(jié)構(gòu)的變化影響了材料的極化和去極化過程。在反鐵電相-鐵電相的相變過程中，電疇的重新取向和極化反轉(zhuǎn)能夠存儲(chǔ)和釋放大量的電能。當(dāng)電疇結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，如電疇的大小、形態(tài)和取向改變時(shí)，會(huì)影響極化和去極化的效率，進(jìn)而影響儲(chǔ)能密度和儲(chǔ)能效率。如果電疇在相變過程中不能有效地重新取向，會(huì)導(dǎo)致極化損耗增加，儲(chǔ)能效率降低。微觀結(jié)構(gòu)的變化還會(huì)對材料的電學(xué)性能、熱學(xué)性能等產(chǎn)生影響，這些影響相互關(guān)聯(lián)，共同決定了PbZrO?基反鐵電陶瓷在不同溫度下的綜合性能。4.2“魔梯”現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)4.2.1“魔梯”現(xiàn)象描述在對PbZrO?基反鐵電陶瓷的研究中，發(fā)現(xiàn)在反鐵電溫區(qū)范圍內(nèi)存在一種獨(dú)特的多晶型轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，即“魔梯（devil’sstaircase）”現(xiàn)象。這一現(xiàn)象表現(xiàn)為由多個(gè)等周期臺(tái)階組成的多晶型轉(zhuǎn)變，其調(diào)制周期隨溫度呈現(xiàn)臺(tái)階式變化。以(Pb?.??La?.??)(Zr?.??Sn?.??)O?（PLZS）反鐵電陶瓷為例，在-177°C到350°C的相變過程研究中，通過原位變溫透射電鏡技術(shù)和高分辨率X射線衍射等手段，精確觀察到了“魔梯”現(xiàn)象。在反鐵電溫區(qū)內(nèi)，隨著溫度的升高，調(diào)制結(jié)構(gòu)的調(diào)制周期并非連續(xù)變化，而是呈現(xiàn)出明顯的臺(tái)階式變化。在某一溫度區(qū)間內(nèi)，調(diào)制周期保持恒定，當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)，調(diào)制周期突然發(fā)生變化，進(jìn)入下一個(gè)臺(tái)階，且每個(gè)臺(tái)階之間的周期變化具有一定的規(guī)律性。這種臺(tái)階式變化在結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為電偶極子排列方式的周期性變化。在每個(gè)臺(tái)階內(nèi)，電偶極子形成特定的有序排列結(jié)構(gòu)，對應(yīng)著穩(wěn)定的極化序構(gòu)。隨著溫度跨越臺(tái)階，電偶極子的排列方式發(fā)生轉(zhuǎn)變，形成新的極化序構(gòu)。通過對不同溫度下的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)這種極化序構(gòu)的轉(zhuǎn)變與晶體結(jié)構(gòu)的微小畸變密切相關(guān)。在溫度變化過程中，原子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)中的部分原子位置發(fā)生微調(diào)，從而影響了電偶極子的相互作用和排列方式，最終形成了“魔梯”現(xiàn)象中的多晶型轉(zhuǎn)變。4.2.2“魔梯”現(xiàn)象的意義與價(jià)值“魔梯”現(xiàn)象在凝聚態(tài)物理領(lǐng)域具有重要意義，它為研究材料中競爭相互作用的鎖相行為提供了新的范例。在PbZrO?基反鐵電陶瓷中，“魔梯”現(xiàn)象起源于材料中鐵電序構(gòu)和反鐵電序構(gòu)的相互競爭。這種競爭作用導(dǎo)致了調(diào)制結(jié)構(gòu)的復(fù)雜變化，而“魔梯”現(xiàn)象則以一種直觀的臺(tái)階式變化形式，展示了這種競爭相互作用的鎖相行為。這與傳統(tǒng)的凝聚態(tài)物理中關(guān)于磁序的“魔梯”現(xiàn)象類似，進(jìn)一步豐富了人們對凝聚態(tài)物理中復(fù)雜相互作用的認(rèn)識(shí)。在磁序的“魔梯”現(xiàn)象中，不同磁序之間的競爭導(dǎo)致了自旋調(diào)制的臺(tái)階式變化。而在PbZrO?基反鐵電陶瓷中，電偶極子的“魔梯”現(xiàn)象揭示了鐵電和反鐵電相互作用之間的競爭與協(xié)調(diào)，為探索電性系統(tǒng)中的復(fù)雜物理現(xiàn)象提供了重要的研究對象。從應(yīng)用角度來看，“魔梯”現(xiàn)象對實(shí)現(xiàn)材料溫度穩(wěn)定性與儲(chǔ)能特性的協(xié)同優(yōu)化具有重要價(jià)值。由于“魔梯”各臺(tái)階中存在大量等周期的極化序構(gòu)轉(zhuǎn)變，具有“魔梯”結(jié)構(gòu)的材料能夠延緩性能隨溫度的改變。在實(shí)際應(yīng)用中，這意味著材料在不同溫度下能夠保持相對穩(wěn)定的性能。在-55~85°C工作溫度范圍內(nèi)，具有“魔梯”結(jié)構(gòu)的PLZS陶瓷儲(chǔ)能密度在8.0~6.5J/cm3間變化，變化率小于15%，儲(chǔ)能效率均高于83%（工作電場310kV/cm），展現(xiàn)出良好的溫度穩(wěn)定性，達(dá)到X5R電容器的溫度穩(wěn)定性要求。這種溫度穩(wěn)定性與儲(chǔ)能特性的協(xié)同優(yōu)化，使得PbZrO?基反鐵電陶瓷在脈沖電容器等應(yīng)用領(lǐng)域具有更大的優(yōu)勢。在脈沖功率裝置中，工作環(huán)境溫度的變化不可避免，而具有“魔梯”結(jié)構(gòu)的反鐵電陶瓷能夠在寬溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的儲(chǔ)能性能，確保脈沖功率裝置的可靠運(yùn)行。五、微觀機(jī)制分析5.1鐵電序構(gòu)與反鐵電序構(gòu)的競爭5.1.1競爭作用的表現(xiàn)在PbZrO?基反鐵電陶瓷中，鐵電序構(gòu)與反鐵電序構(gòu)的競爭在微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能上均有顯著表現(xiàn)。從微觀結(jié)構(gòu)層面來看，這種競爭主要體現(xiàn)在電偶極子的排列方式和電疇結(jié)構(gòu)的變化上。在反鐵電相中，電偶極子呈反平行排列，形成穩(wěn)定的反鐵電疇結(jié)構(gòu)。當(dāng)受到溫度或外電場等外界因素影響時(shí)，鐵電序構(gòu)開始與反鐵電序構(gòu)競爭。溫度升高時(shí)，原子熱運(yùn)動(dòng)加劇，部分電偶極子的反平行排列受到干擾，電偶極子有轉(zhuǎn)向平行排列的趨勢，從而形成鐵電序構(gòu)的微區(qū)。這些微區(qū)的出現(xiàn)打破了原本反鐵電相的均勻結(jié)構(gòu)，使得電疇結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，出現(xiàn)了反鐵電疇與鐵電疇共存的現(xiàn)象。通過高分辨透射電鏡（HRTEM）觀察可以發(fā)現(xiàn)，在溫度接近反鐵電-鐵電相變溫度時(shí)，電疇邊界變得模糊，電疇形態(tài)不規(guī)則，這是鐵電序構(gòu)與反鐵電序構(gòu)競爭導(dǎo)致電疇結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的直接證據(jù)。在宏觀性能方面，這種競爭對材料的電學(xué)性能產(chǎn)生了重要影響。極化方向的變化是競爭作用在電學(xué)性能上的明顯體現(xiàn)。在反鐵電相時(shí)，由于電偶極子反平行排列，宏觀自發(fā)極化強(qiáng)度為零。隨著鐵電序構(gòu)的增強(qiáng)，部分電偶極子轉(zhuǎn)向平行排列，材料的極化強(qiáng)度逐漸增大。當(dāng)電場強(qiáng)度增加到一定程度時(shí)，反鐵電相轉(zhuǎn)變?yōu)殍F電相，極化強(qiáng)度急劇增大，電滯回線呈現(xiàn)出雙電滯回線特征。在雙電滯回線中，低電場區(qū)域?qū)?yīng)反鐵電相的極化行為，高電場區(qū)域則對應(yīng)鐵電相的極化行為，這清晰地反映了鐵電序構(gòu)與反鐵電序構(gòu)在不同電場條件下的競爭和轉(zhuǎn)變。相變溫度也是競爭作用的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。鐵電序構(gòu)與反鐵電序構(gòu)的競爭會(huì)導(dǎo)致相變溫度的變化。當(dāng)鐵電序構(gòu)增強(qiáng)時(shí)，反鐵電-鐵電相變溫度會(huì)降低；反之，當(dāng)反鐵電序構(gòu)占主導(dǎo)時(shí)，相變溫度會(huì)升高。這是因?yàn)殍F電序構(gòu)和反鐵電序構(gòu)的能量狀態(tài)不同，競爭作用會(huì)改變材料內(nèi)部的能量分布，從而影響相變所需的能量和溫度條件。通過差示掃描量熱法（DSC）測量不同成分的PbZrO?基反鐵電陶瓷的相變溫度發(fā)現(xiàn)，隨著摻雜元素的引入改變了鐵電序構(gòu)和反鐵電序構(gòu)的相對強(qiáng)度，相變溫度也相應(yīng)發(fā)生變化。當(dāng)摻雜元素增強(qiáng)鐵電序構(gòu)時(shí)，相變溫度明顯降低，表明鐵電序構(gòu)與反鐵電序構(gòu)的競爭對相變過程具有重要調(diào)控作用。5.1.2競爭作用的根源鐵電序構(gòu)與反鐵電序構(gòu)競爭作用的根源可以從晶體結(jié)構(gòu)和原子間相互作用等層面進(jìn)行深入探討。從晶體結(jié)構(gòu)角度來看，PbZrO?基反鐵電陶瓷的鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)為鐵電序構(gòu)和反鐵電序構(gòu)的競爭提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。在鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中，A位和B位離子的大小、電負(fù)性以及離子間的配位關(guān)系對電偶極子的排列和穩(wěn)定性有著重要影響。以PbZrO?為例，Pb2?離子位于A位，Zr??離子位于B位。在反鐵電相中，由于離子間的相互作用，使得電偶極子呈反平行排列，形成穩(wěn)定的反鐵電結(jié)構(gòu)。當(dāng)溫度或其他外界因素改變時(shí)，離子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，離子間的配位關(guān)系發(fā)生變化，這就為電偶極子的重新排列提供了條件。溫度升高時(shí)，離子的熱振動(dòng)增強(qiáng)，A位和B位離子的相對位置發(fā)生微小變化，導(dǎo)致電偶極子的相互作用改變，部分電偶極子有轉(zhuǎn)向平行排列的趨勢，從而引發(fā)鐵電序構(gòu)的產(chǎn)生。原子間的相互作用是競爭作用產(chǎn)生的另一個(gè)重要根源。在PbZrO?基反鐵電陶瓷中，離子鍵和共價(jià)鍵的相互作用以及離子間的庫侖力、范德華力等對電偶極子的取向和穩(wěn)定性起著關(guān)鍵作用。離子鍵的強(qiáng)度和方向性影響著離子的相對位置和電偶極子的形成。共價(jià)鍵的存在則會(huì)影響電子云的分布，進(jìn)而影響離子間的相互作用。電偶極子之間的庫侖力決定了它們的排列方式。在反鐵電相中，電偶極子之間的庫侖力使得它們呈反平行排列，以達(dá)到能量最低狀態(tài)。當(dāng)外界因素改變時(shí)，如溫度升高或施加外電場，電偶極子之間的庫侖力平衡被打破，部分電偶極子在電場力或熱運(yùn)動(dòng)的作用下改變?nèi)∠?，形成鐵電序構(gòu)。當(dāng)施加外電場時(shí)，電場力會(huì)對電偶極子產(chǎn)生作用，使其克服庫侖力的束縛，轉(zhuǎn)向與電場方向一致的排列，從而導(dǎo)致鐵電序構(gòu)的增強(qiáng)。5.2結(jié)構(gòu)函數(shù)解耦與極化序構(gòu)定量描述5.2.1基本結(jié)構(gòu)函數(shù)與調(diào)制結(jié)構(gòu)函數(shù)解耦在研究PbZrO?基反鐵電陶瓷的“魔梯”現(xiàn)象時(shí)，為了深入剖析鐵電序構(gòu)和反鐵電序構(gòu)的相互競爭作用，將這種復(fù)雜的相互作用解耦成基本結(jié)構(gòu)函數(shù)s(r)和調(diào)制結(jié)構(gòu)函數(shù)f(r)。這種解耦方法基于對晶體結(jié)構(gòu)中原子排列和電偶極子分布的深入理解。從晶體結(jié)構(gòu)角度來看，基本結(jié)構(gòu)函數(shù)s(r)主要描述晶體中原子的基本排列方式，它反映了晶體的基本晶格結(jié)構(gòu)和對稱性。在PbZrO?基反鐵電陶瓷中，s(r)體現(xiàn)了鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)中A位和B位離子的基本位置和排列規(guī)律。在反鐵電相中，s(r)描述了電偶極子呈反平行排列的基本結(jié)構(gòu)，此時(shí)電偶極子的排列具有一定的周期性和規(guī)律性，這種規(guī)律性通過基本結(jié)構(gòu)函數(shù)得以體現(xiàn)。調(diào)制結(jié)構(gòu)函數(shù)f(r)則著重描述由于鐵電序構(gòu)和反鐵電序構(gòu)競爭而產(chǎn)生的調(diào)制效應(yīng)。這種調(diào)制效應(yīng)表現(xiàn)為電偶極子排列的微小變化和周期性調(diào)制。在“魔梯”現(xiàn)象中，調(diào)制結(jié)構(gòu)函數(shù)f(r)能夠準(zhǔn)確地描述調(diào)制周期隨溫度的臺(tái)階式變化。當(dāng)溫度變化時(shí)，鐵電序構(gòu)和反鐵電序構(gòu)的競爭導(dǎo)致電偶極子的排列發(fā)生改變，這種改變不是連續(xù)的，而是呈現(xiàn)出臺(tái)階式的變化。調(diào)制結(jié)構(gòu)函數(shù)f(r)可以用數(shù)學(xué)表達(dá)式f(r)=Asin(2πqr+φ)來描述，其中A表示調(diào)制幅度，反映了電偶極子排列變化的程度；q是調(diào)制波矢，決定了調(diào)制的周期；φ是相位，用于確定調(diào)制的起始位置。通過這個(gè)表達(dá)式，可以精確地定量描述調(diào)制結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。在某一溫度臺(tái)階下，調(diào)制波矢q保持恒定，這意味著電偶極子的調(diào)制周期是固定的。當(dāng)溫度升高跨越到下一個(gè)臺(tái)階時(shí)，q的值發(fā)生變化，導(dǎo)致調(diào)制周期改變，從而形成了“魔梯”現(xiàn)象中的臺(tái)階式變化。這種解耦方法能夠?qū)?fù)雜的鐵電序構(gòu)和反鐵電序構(gòu)競爭作用簡化為兩個(gè)相對簡單的結(jié)構(gòu)函數(shù)，使得對“魔梯”現(xiàn)象的研究更加深入和精確。通過分別研究基本結(jié)構(gòu)函數(shù)s(r)和調(diào)制結(jié)構(gòu)函數(shù)f(r)隨溫度、電場等外界因素的變化，可以更清晰地了解鐵電序構(gòu)和反鐵電序構(gòu)的競爭機(jī)制，以及它們對材料性能的影響。5.2.2極化序構(gòu)sm(r)的定量描述通過基本結(jié)構(gòu)函數(shù)s(r)和調(diào)制結(jié)構(gòu)函數(shù)f(r)，可以實(shí)現(xiàn)對魔梯各臺(tái)階中極化序構(gòu)sm(r)的定量描述，其表達(dá)式為sm(r)=s(r)+f(r)。這種定量描述方法為深入理解結(jié)構(gòu)演變機(jī)制提供了有力工具。在“魔梯”的每個(gè)臺(tái)階中，極化序構(gòu)sm(r)都具有特定的形式和特征。由于基本結(jié)構(gòu)函數(shù)s(r)描述了晶體的基本結(jié)構(gòu)，調(diào)制結(jié)構(gòu)函數(shù)f(r)描述了由于競爭作用產(chǎn)生的調(diào)制效應(yīng)，二者相加得到的極化序構(gòu)sm(r)能夠全面地反映出在該臺(tái)階下電偶極子的排列方式和極化狀態(tài)。以某一具體臺(tái)階為例，假設(shè)基本結(jié)構(gòu)函數(shù)s(r)為常數(shù)k，這意味著在該臺(tái)階下晶體的基本結(jié)構(gòu)保持相對穩(wěn)定，原子的排列方式?jīng)]有發(fā)生根本性變化。調(diào)制結(jié)構(gòu)函數(shù)f(r)=Asin(2πqr+φ)，其中A、q和φ的值根據(jù)該臺(tái)階的具體情況而定。當(dāng)A較大時(shí)，說明電偶極子排列的調(diào)制幅度較大，鐵電序構(gòu)和反鐵電序構(gòu)的競爭較為激烈；當(dāng)q較大時(shí)，調(diào)制周期較短，電偶極子的排列變化更加頻繁。通過精確測量和計(jì)算這些參數(shù)，可以準(zhǔn)確地確定該臺(tái)階下的極化序構(gòu)sm(r)。這種定量描述對深入理解結(jié)構(gòu)演變機(jī)制具有重要作用。它使得我們能夠從微觀層面上精確地描述和分析極化序構(gòu)的變化。在溫度變化過程中，通過監(jiān)測s(r)和f(r)的變化，可以清晰地了解極化序構(gòu)是如何隨著溫度的升高或降低而發(fā)生改變的。在反鐵電-鐵電相變過程中，極化序構(gòu)的變化與s(r)和f(r)的變化密切相關(guān)。當(dāng)溫度接近相變溫度時(shí)，調(diào)制結(jié)構(gòu)函數(shù)f(r)的變化會(huì)導(dǎo)致極化序構(gòu)sm(r)發(fā)生顯著改變，從而引發(fā)反鐵電相到鐵電相的轉(zhuǎn)變。通過對極化序構(gòu)sm(r)的定量描述，能夠建立起結(jié)構(gòu)與性能之間的定量關(guān)系。極化序構(gòu)的變化會(huì)直接影響材料的電學(xué)性能，如極化強(qiáng)度、介電常數(shù)等。通過精確地描述極化序構(gòu)，能夠準(zhǔn)確地預(yù)測材料的電學(xué)性能變化，為材料的性能優(yōu)化和應(yīng)用提供理論依據(jù)。六、影響因素探討6.1溫度因素6.1.1溫度對相變過程的影響溫度在PbZrO?基反鐵電陶瓷的相變過程中扮演著極為關(guān)鍵的角色，其影響貫穿于相變速度和相變路徑等多個(gè)重要方面。從相變速度來看，在較低溫度區(qū)間，原子熱運(yùn)動(dòng)相對較弱，電偶極子的取向變化較為困難，相變過程緩慢。當(dāng)溫度處于-50℃至0℃時(shí)，反鐵電相-多胞順電相的相變速度極慢，可能需要數(shù)小時(shí)甚至更長時(shí)間才能完成一定程度的轉(zhuǎn)變。隨著溫度升高，原子熱運(yùn)動(dòng)加劇，電偶極子獲得更多能量，能夠更快速地克服勢壘進(jìn)行取向調(diào)整，相變速度顯著加快。當(dāng)溫度升高到100℃至150℃時(shí)，相同程度的相變所需時(shí)間可能縮短至幾十分鐘。這是因?yàn)闇囟壬呤沟迷拥恼駝?dòng)頻率和振幅增大，電偶極子之間的相互作用更容易被打破和重新建立，從而加速了相變進(jìn)程。在相變路徑方面，不同溫度區(qū)間會(huì)導(dǎo)致PbZrO?基反鐵電陶瓷呈現(xiàn)出不同的相變路徑。在低溫階段，通常遵循反鐵電相-多胞順電相-簡單順電相的常規(guī)相變路徑。當(dāng)溫度快速升高或處于某些特殊溫度區(qū)間時(shí)，相變路徑可能發(fā)生改變。在快速升溫過程中，由于原子來不及進(jìn)行充分的有序排列，可能會(huì)跳過多胞順電相，直接從反鐵電相轉(zhuǎn)變?yōu)楹唵雾橂娤?。在接近居里溫度的高溫區(qū)間，由于晶體結(jié)構(gòu)的高度不穩(wěn)定性，可能會(huì)出現(xiàn)一些亞穩(wěn)相，這些亞穩(wěn)相的出現(xiàn)會(huì)改變相變路徑，使相變過程更加復(fù)雜。研究還發(fā)現(xiàn)，溫度變化的速率也會(huì)對相變路徑產(chǎn)生影響。緩慢升溫時(shí)，相變過程更接近平衡態(tài)，相變路徑相對穩(wěn)定；而快速升溫時(shí)，由于偏離平衡態(tài)較遠(yuǎn)，更容易出現(xiàn)異常的相變路徑。6.1.2溫度對微觀結(jié)構(gòu)的作用溫度對PbZrO?基反鐵電陶瓷微觀結(jié)構(gòu)的影響主要體現(xiàn)在電疇的生長、合并、分裂等過程中。在低溫環(huán)境下，電疇尺寸較小且相對穩(wěn)定。當(dāng)溫度處于-100℃左右時(shí)，電疇呈規(guī)則的小尺寸形態(tài)，電疇邊界清晰，電偶極子在電疇內(nèi)有序排列。隨著溫度逐漸升高，電疇開始生長，尺寸不斷增大。這是因?yàn)闇囟壬呤沟迷訜徇\(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，電偶極子的取向更容易發(fā)生改變，相鄰電疇的邊界逐漸模糊并發(fā)生移動(dòng)，導(dǎo)致電疇合并生長。當(dāng)溫度升高到50℃至100℃時(shí)，電疇的生長速度明顯加快，部分小電疇合并成較大的電疇。溫度還會(huì)引發(fā)電疇的分裂現(xiàn)象。當(dāng)溫度升高到一定程度，電疇內(nèi)部的應(yīng)力和能量分布發(fā)生變化，導(dǎo)致電疇的穩(wěn)定性下降。此時(shí)，電疇可能會(huì)分裂成多個(gè)小電疇，以降低系統(tǒng)的能量。在接近反鐵電-鐵電相變溫度時(shí)，由于晶體結(jié)構(gòu)的劇烈變化和電偶極子取向的快速調(diào)整，電疇的分裂現(xiàn)象更為明顯。溫度對電疇取向也有顯著影響。隨著溫度升高，電偶極子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，電疇的取向逐漸變得無序。在高溫下，電疇的取向隨機(jī)性增加，導(dǎo)致材料的宏觀極化強(qiáng)度發(fā)生變化。在簡單順電相中，電疇幾乎消失，電偶極子呈無序分布，宏觀極化強(qiáng)度趨近于零。這些微觀結(jié)構(gòu)的變化與溫度密切相關(guān)，溫度的微小變化都可能導(dǎo)致電疇結(jié)構(gòu)的顯著改變，進(jìn)而影響材料的宏觀性能。6.2成分因素6.2.1摻雜元素的影響不同摻雜元素對PbZrO?基反鐵電陶瓷溫致結(jié)構(gòu)演變具有顯著影響，這主要源于摻雜元素改變了晶體結(jié)構(gòu)和原子間相互作用。當(dāng)在PbZrO?中引入La元素進(jìn)行A位摻雜時(shí)，由于La3?離子半徑（1.36?）與Pb2?離子半徑（1.49?）相近，能夠部分取代Pb2?進(jìn)入晶格。這種取代會(huì)引起晶格結(jié)構(gòu)的微小畸變，導(dǎo)致晶胞參數(shù)發(fā)生變化。通過XRD分析發(fā)現(xiàn)，隨著La摻雜量的增加，晶胞參數(shù)逐漸減小，這是因?yàn)長a3?離子的相對較小尺寸使得晶格收縮。這種晶格畸變進(jìn)一步影響了原子間的相互作用，改變了電偶極子的排列和穩(wěn)定性。在反鐵電相中，電偶極子的反平行排列受到La摻雜的干擾，部分電偶極子的取向發(fā)生變化，使得反鐵電相的穩(wěn)定性降低。當(dāng)溫度升高時(shí)，La摻雜的樣品更容易發(fā)生反鐵電相-多胞順電相的轉(zhuǎn)變，相變溫度降低。而當(dāng)引入Sn元素進(jìn)行B位摻雜時(shí)，Sn??離子半徑（0.69?）與Zr??離子半徑（0.72?）也較為接近。Sn??部分取代Zr??后，同樣會(huì)引起晶格結(jié)構(gòu)的變化。與La摻雜不同的是，Sn摻雜會(huì)導(dǎo)致晶胞參數(shù)增大。這是因?yàn)镾n??離子的電子云分布和離子間相互作用與Zr??不同，使得晶格發(fā)生膨脹。這種晶格變化對電偶極子的影響也與La摻雜有所差異。Sn摻雜會(huì)增強(qiáng)電偶極子之間的相互作用，使得反鐵電相的穩(wěn)定性在一定程度上提高。在溫度升高過程中，Sn摻雜的樣品相變溫度相對較高，相變過程相對緩慢。研究還發(fā)現(xiàn)，摻雜元素的種類和含量會(huì)影響電偶極子的極化強(qiáng)度和取向變化。當(dāng)摻雜元素含量增加時(shí)，電偶極子的極化強(qiáng)度可能會(huì)發(fā)生改變，其在溫度作用下的取向變化也會(huì)受到影響。適量的摻雜可以使電偶極子在溫度變化時(shí)更加有序地排列，從而改善材料的電學(xué)性能。但過量的摻雜可能會(huì)導(dǎo)致晶格畸變過度，產(chǎn)生缺陷，反而降低材料的性能。6.2.2成分比例變化的作用主要成分比例的變化，如Zr/Ti比例的改變，對PbZrO?基反鐵電陶瓷的溫致結(jié)構(gòu)演變有著重要作用，具體體現(xiàn)在相變溫度和微觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等方面。當(dāng)Zr/Ti比例發(fā)生變化時(shí)，會(huì)直接影響晶體結(jié)構(gòu)中離子的排列和相互作用，從而改變相變溫度。隨著Ti含量的增加，Zr/Ti比例減小，反鐵電-鐵電相變溫度逐漸降低。這是因?yàn)門i??離子半徑（0.61?）小于Zr??離子半徑，Ti??取代Zr??后，會(huì)使晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變，導(dǎo)致原子間相互作用改變。這種晶格畸變使得電偶極子的排列更容易受到溫度和電場的影響，從而降低了相變所需的能量，使相變溫度降低。Zr/Ti比例變化還會(huì)對微觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著影響。當(dāng)Zr/Ti比例偏離正常范圍時(shí)，微觀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性下降。在Zr/Ti比例過高或過低的情況下，電疇結(jié)構(gòu)變得不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)電疇的異常生長、分裂和合并現(xiàn)象。在Zr/Ti比例過高時(shí)，電疇尺寸不均勻，大電疇和小電疇共存，電疇邊界模糊。這是因?yàn)閆r含量過高導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)中Zr-O鍵的強(qiáng)度和方向性發(fā)生變化，影響了電偶極子的排列和電疇的形成。而在Zr/Ti比例過低時(shí)，電疇的穩(wěn)定性降低，容易受到溫度和電場的干擾而發(fā)生變化。這種微觀結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性會(huì)進(jìn)一步影響材料的電學(xué)性能，如介電常數(shù)、極化強(qiáng)度等。由于電疇結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，介電常數(shù)會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，極化強(qiáng)度的變化也會(huì)變得不規(guī)則，從而降低了材料的性能穩(wěn)定性。6.3外場因素6.3.1電場對結(jié)構(gòu)演變的影響外加電場強(qiáng)度對PbZrO?基反鐵電陶瓷溫致結(jié)構(gòu)演變具有顯著影響，這種影響主要體現(xiàn)在相變過程和微觀結(jié)構(gòu)變化方面。當(dāng)施加低電場強(qiáng)度時(shí)，反鐵電陶瓷的相變過程基本遵循自然的溫度驅(qū)動(dòng)相變路徑。在-100℃至100℃的溫度區(qū)間內(nèi)，未施加電場或施加電場強(qiáng)度低于10kV/cm時(shí)，陶瓷從反鐵電相到多胞順電相再到簡單順電相的相變過程較為平穩(wěn)，電疇結(jié)構(gòu)的變化也相對緩慢。此時(shí)，電偶極子主要受溫度作用的影響，其排列方式和電疇結(jié)構(gòu)的改變是一個(gè)漸進(jìn)的過程。隨著電場強(qiáng)度的增加，反鐵電-鐵電相變過程被顯著加速。當(dāng)電場強(qiáng)度達(dá)到30kV/cm以上時(shí)，在相同溫度下，反鐵電相更容易轉(zhuǎn)變?yōu)殍F電相。這是因?yàn)殡妶隽﹄娕紭O子產(chǎn)生作用，使其克服原本的相互作用勢壘，更容易轉(zhuǎn)向與電場方向一致的排列。在150℃時(shí)，未施加電場的情況下，反鐵電相仍占主導(dǎo)；當(dāng)施加50kV/cm的電場時(shí)，反鐵電相迅速轉(zhuǎn)變?yōu)殍F電相，電疇結(jié)構(gòu)發(fā)生劇烈變化，電疇尺寸增大，電疇邊界移動(dòng)速度加快。電場頻率也會(huì)對結(jié)構(gòu)演變產(chǎn)生影響。在低頻電場下，如頻率低于100Hz時(shí)，電偶極子有足夠的時(shí)間響應(yīng)電場變化，能夠較為充分地進(jìn)行取向調(diào)整。在1kHz的低頻電場作用下，電偶極子能夠跟隨電場的變化而有序地排列和反轉(zhuǎn)，使得相變過程相對穩(wěn)定，電疇結(jié)構(gòu)的變化也較為規(guī)則。當(dāng)電場頻率升高到1MHz以上的高頻時(shí)，電偶極子由于慣性和弛豫效應(yīng)，難以快速響應(yīng)電場的變化。在高頻電場下，電偶極子的取向調(diào)整滯后于電場變化，導(dǎo)致極化損耗增加，相變過程變得不穩(wěn)定，電疇結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不規(guī)則的變化，電疇邊界模糊，甚至出現(xiàn)局部電疇的破碎和重新組合。6.3.2其他外場的潛在作用除了電場外，壓力和磁場等外場對PbZrO?基反鐵電陶瓷溫致結(jié)構(gòu)演變也可能產(chǎn)生潛在作用。從壓力角度來看，當(dāng)施加外部壓力時(shí)，會(huì)改變陶瓷內(nèi)部的原子間距和相互作用。壓力增大時(shí)，原子間距離減小，離子間的相互作用力增強(qiáng)。這可能會(huì)影響電偶極子的排列和穩(wěn)定性，進(jìn)而影響相變過程。在高壓下，反鐵電相-鐵電相的相變溫度可能會(huì)發(fā)生變化。由于壓力增強(qiáng)了原子間的相互作用，使得電偶極子更難改變?nèi)∠?，相變所需的能量增加，相變溫度可能?huì)升高。壓力還可能導(dǎo)致陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，如電疇的形狀和尺寸改變。在高壓下，電疇可能會(huì)變得更加規(guī)則和緊密，以適應(yīng)原子間相互作用的變化。磁場對反鐵電陶瓷溫致結(jié)構(gòu)演變的影響相對較為復(fù)雜。雖然PbZrO?基反鐵電陶瓷本身通常不具有強(qiáng)磁性，但磁場可以通過磁電耦合效應(yīng)間接影響其結(jié)構(gòu)和性能。在某些情況下，磁場可以改變電子云的分布，進(jìn)而影響離子間的相互作用。當(dāng)施加磁場時(shí)，電子的自旋和軌道運(yùn)動(dòng)受到影響，導(dǎo)致電子云的分布發(fā)生變化，這可能會(huì)改變離子間的庫侖力和交換相互作用。這種變化可能會(huì)對電偶極子的排列和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，從而影響相變過程和微觀結(jié)構(gòu)。磁場還可能與電偶極子產(chǎn)生弱相互作用，雖然這種相互作用相對較弱，但在特定條件下，如低溫或強(qiáng)磁場環(huán)境中，可能會(huì)對電偶極子的取向和排列產(chǎn)生一定的影響，進(jìn)而影響反鐵電陶瓷的溫致結(jié)構(gòu)演變。七、結(jié)構(gòu)演變與性能關(guān)系7.1對儲(chǔ)能性能的影響7.1.1儲(chǔ)能密度與效率變化溫致結(jié)構(gòu)演變對PbZrO?基反鐵電陶瓷的儲(chǔ)能密度和儲(chǔ)能效率有著顯著影響。在不同溫度條件下，隨著陶瓷從反鐵電相逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槎喟橂娤嘣俚胶唵雾橂娤?，其?chǔ)能密度和儲(chǔ)能效率呈現(xiàn)出明顯的變化規(guī)律。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，在低溫下，反鐵電相的PbZrO?基陶瓷具有相對較低的儲(chǔ)能密度。當(dāng)溫度處于-50℃時(shí)，儲(chǔ)能密度約為3.0J/cm3。這是因?yàn)樵诜磋F電相中，電偶極子呈反平行排列，宏觀自發(fā)極化強(qiáng)度為零，材料儲(chǔ)存電能的能力有限。隨著溫度升高，進(jìn)入反鐵電相-多胞順電相的相變階段，儲(chǔ)能密度開始逐漸增加。當(dāng)溫度升高到50℃時(shí)，儲(chǔ)能密度可達(dá)到4.5J/cm3。這是由于相變過程中，部分電偶極子的排列發(fā)生改變，出現(xiàn)了一定程度的極化，使得材料能夠儲(chǔ)存更多的電能。當(dāng)溫度繼續(xù)升高，達(dá)到多胞順電相-簡單順電相的相變階段時(shí)，儲(chǔ)能密度進(jìn)一步增加。在150℃時(shí)，儲(chǔ)能密度可達(dá)到6.0J/cm3。在簡單順電相中，電偶極子的排列更加無序，極化強(qiáng)度增大，從而提高了儲(chǔ)能密度。儲(chǔ)能效率也會(huì)隨著溫致結(jié)構(gòu)演變而發(fā)生變化。在低溫反鐵電相時(shí)，由于電偶極子的有序排列，極化損耗相對較小，儲(chǔ)能效率相對較高。當(dāng)溫度處于-50℃時(shí)，儲(chǔ)能效率可達(dá)85%。隨著溫度升高，相變過程中的結(jié)構(gòu)變化會(huì)導(dǎo)致極化損耗增加，儲(chǔ)能效率逐漸降低。在150℃的簡單順電相中，儲(chǔ)能效率可能會(huì)降低至75%。這是因?yàn)樵谙嘧冞^程中，電偶極子的重新取向需要克服一定的阻力，會(huì)消耗一部分能量，導(dǎo)致極化損耗增大，從而降低了儲(chǔ)能效率。這種變化與晶體結(jié)構(gòu)和電偶極子的變化密切相關(guān)。隨著溫度升高，晶體結(jié)構(gòu)的對稱性改變，電偶極子的排列逐漸變得無序，極化強(qiáng)度增大，使得儲(chǔ)能密度增加。電偶極子的重新取向和相互作用也會(huì)導(dǎo)致極化損耗的增加，從而降低儲(chǔ)能效率。在反鐵電-鐵電相變過程中，電偶極子的快速重新取向會(huì)產(chǎn)生較大的極化損耗，降低儲(chǔ)能效率。而在簡單順電相中，雖然極化強(qiáng)度增大有利于儲(chǔ)能密度的提高，但電偶極子的無序排列也會(huì)導(dǎo)致極化損耗的進(jìn)一步增加，對儲(chǔ)能效率產(chǎn)生負(fù)面影響。7.1.2“魔梯”結(jié)構(gòu)與儲(chǔ)能特性優(yōu)化具有“魔梯”結(jié)構(gòu)的PbZrO?基反鐵電陶瓷在實(shí)現(xiàn)溫度穩(wěn)定性與儲(chǔ)能特性協(xié)同優(yōu)化方面展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢。在寬溫度范圍內(nèi)，“魔梯”結(jié)構(gòu)能夠有效地延緩性能隨溫度的改變，從而保持較高的儲(chǔ)能性能。以(Pb?.??La?.??)(Zr?.??Sn?.??)O?（PLZS）反鐵電陶瓷為例，在-55~85°C工作溫度范圍內(nèi)，其儲(chǔ)能密度在8.0~6.5J/cm3間變化，變化率小于15%，儲(chǔ)能效率均高于83%（工作電場310kV/cm）。這一優(yōu)異性能的實(shí)現(xiàn)源于“魔梯”結(jié)構(gòu)中多個(gè)等周期臺(tái)階組成的多晶型轉(zhuǎn)變。在每個(gè)臺(tái)階中，存在大量等周期的極化序構(gòu)轉(zhuǎn)變，使得材料在溫度變化時(shí)，電偶極子的排列和極化狀態(tài)能夠相對穩(wěn)定地調(diào)整。當(dāng)溫度升高時(shí)，電偶極子在不同的極化序構(gòu)之間轉(zhuǎn)變，這種轉(zhuǎn)變是有序且相對穩(wěn)定的，不會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)能性能的急劇變化。從微觀機(jī)制來看，“魔梯”結(jié)構(gòu)中的鐵電序構(gòu)和反鐵電序構(gòu)相互競爭，形成了一種動(dòng)態(tài)平衡。這種平衡使得材料在溫度變化時(shí)，能夠通過調(diào)整電偶極子的排列來適應(yīng)溫度的改變，從而保持儲(chǔ)能性能的穩(wěn)定。在某一溫度臺(tái)階下，鐵電序構(gòu)和反鐵電序構(gòu)的相對強(qiáng)度達(dá)到一種平衡狀態(tài)，電偶極子的排列相對穩(wěn)定，儲(chǔ)能性能也相對穩(wěn)定。當(dāng)溫度升高跨越到下一個(gè)臺(tái)階時(shí)，雖然鐵電序構(gòu)和反鐵電序構(gòu)的相對強(qiáng)度發(fā)生變化，但通過電偶極子的重新排列和極化序構(gòu)的轉(zhuǎn)變，材料能夠迅速建立新的平衡，繼續(xù)保持穩(wěn)定的儲(chǔ)能性能。與普通結(jié)構(gòu)的陶瓷相比，具有“魔梯”結(jié)構(gòu)的陶瓷在溫度穩(wěn)定性和儲(chǔ)能特性方面具有明顯優(yōu)勢。普通結(jié)構(gòu)的陶瓷在溫度變化時(shí)，由于電偶極子的排列變化較為劇烈，容易導(dǎo)致儲(chǔ)能性能的大幅波動(dòng)。在溫度升高時(shí)，電偶極子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，可能會(huì)使電偶極子的排列變得無序，導(dǎo)致極化損耗增加，儲(chǔ)能效率降低，儲(chǔ)能密度也可能下降。而具有“魔梯”結(jié)構(gòu)的陶瓷能夠通過其獨(dú)特的多晶型轉(zhuǎn)變和極化序構(gòu)調(diào)整，有效地抑制這些性能波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)溫度穩(wěn)定性與儲(chǔ)能特性的協(xié)同優(yōu)化。7.2對其他性能的作用7.2.1介電性能變化溫致結(jié)構(gòu)演變對PbZrO?基反鐵電陶瓷的介電性能有著顯著影響，這種影響主要體現(xiàn)在介電常數(shù)和介電損耗等參數(shù)的變化上。在反鐵電相中，由于電偶極子呈反平行排列，宏觀自發(fā)極化強(qiáng)度為零，介電常數(shù)相對較低。當(dāng)溫度升高，反鐵電相逐漸向多胞順電相轉(zhuǎn)變時(shí)，電偶極子的排列方式發(fā)生改變，部分電偶極子的反平行排列被打破，出現(xiàn)了一定程度的有序排列，導(dǎo)致介電常數(shù)逐漸增大。在多胞順電相中，電偶極子形成多個(gè)小區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)的電偶極子排列具有一定的有序性，這種結(jié)構(gòu)使得介電常數(shù)相較于反鐵電相有明顯提高。隨著溫度進(jìn)一步升高，進(jìn)入簡單順電相，電偶極子的排列更加無序，極化強(qiáng)度增大，介電常數(shù)進(jìn)一步增大并達(dá)到相對較高的值。介電損耗也會(huì)隨著溫致結(jié)構(gòu)演變而發(fā)生變化。在反鐵電相時(shí)，電偶極子的排列相對穩(wěn)定，極化損耗較小，介電損耗較低。隨著溫度升高，相變過程中的電偶極子重新取向和相互作用會(huì)導(dǎo)致極化損耗增加，介電損耗也相應(yīng)增大。在反鐵電-鐵電相變過程中，電偶極子的快速重新取向需要克服較大的阻力，會(huì)消耗更多的能量，導(dǎo)致介電損耗顯著增大。在簡單順電相中，由于電偶極子的無序排列和熱運(yùn)動(dòng)加劇，介電損耗可能會(huì)維持在較高水平。這些變化對材料的應(yīng)用具有重要影響。在電子器件應(yīng)用中，介電性能的穩(wěn)定性至關(guān)重要。如果介電常數(shù)和介電損耗隨溫度變化過大，會(huì)導(dǎo)致電子器件的性能不穩(wěn)定，影響其正常工作。在電容器應(yīng)用中，介電常數(shù)的變化會(huì)影響電容的大小，介電損耗的增加會(huì)導(dǎo)致能量損耗增大，降低電容器的效率。在高頻電路中，較大的介電損耗會(huì)導(dǎo)致信號(hào)衰減，影響電路的性能。了解溫致結(jié)構(gòu)演變對介電性能的影響，對于優(yōu)化材料的應(yīng)用性能具有重要意義。通過控制溫度和材料的微觀結(jié)構(gòu)，可以調(diào)節(jié)介電性能，使其滿足不同應(yīng)用場景的需求。7.2.2壓電性能與熱釋電性能改變溫致結(jié)構(gòu)演變對PbZrO?基反鐵電陶瓷的壓電性能和熱釋電性能也產(chǎn)生了重要改變。從壓電性能來看，在反鐵電相中，由于宏觀自發(fā)極化強(qiáng)度為零，壓電性能較弱。當(dāng)溫度升高，發(fā)生反鐵電-鐵電相變時(shí)，材料的壓電性能得到顯著增強(qiáng)。這是因?yàn)樵阼F電相中，電偶極子呈平行排列，形成了宏觀的自發(fā)極化，使得材料在受到外力作用時(shí)，能夠產(chǎn)生明顯的壓電效應(yīng)。當(dāng)施加壓力時(shí)，晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生微小變形，電偶極子的排列發(fā)生改變，從而產(chǎn)生電荷的積累，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能的轉(zhuǎn)換。熱釋電性能方面，溫度的變化會(huì)引起電偶極子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，導(dǎo)致熱釋電性能發(fā)生改變。在低溫下，電偶極子的熱運(yùn)動(dòng)相對較弱，熱釋電性能較低。隨著溫度升高，電偶極子的熱運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，其取向更容易受到溫度變化的影響。當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，電偶極子的排列會(huì)發(fā)生改變，從而產(chǎn)生熱釋電電流。在反鐵電-鐵電相變過程中，熱釋電性能會(huì)出現(xiàn)明顯的變化。由于相變過程中晶體結(jié)構(gòu)的劇烈變化和電偶極子的重新取向，熱釋電系數(shù)會(huì)發(fā)生突變。在相變溫度附近，熱釋電系數(shù)可能會(huì)達(dá)到最大值，然后隨著溫度的進(jìn)一步升高而逐漸減小。這些性能變化在實(shí)際應(yīng)用中具有重要意義。在傳感器領(lǐng)域，壓電性能的增強(qiáng)使得PbZrO?基反鐵電陶瓷能夠更靈敏地檢測壓力、振動(dòng)等物理量的變化，可用于制作高精度的壓力傳感器、振動(dòng)傳感器等。熱釋電性能的改變則使其適用于制作熱釋電傳感器，用于檢測溫度變化和紅外輻射等。在紅外探測應(yīng)用中，熱釋電傳感器可以將紅外輻射轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物體的探測和識(shí)別。了解溫致結(jié)構(gòu)演變對壓電性能和熱釋電性能的影響，能夠?yàn)椴牧显趥鞲衅鞯阮I(lǐng)域的應(yīng)用提供更深入的理論支持，有助于開發(fā)出性能更優(yōu)異的傳感器產(chǎn)品。八、結(jié)論與展望8.1研究結(jié)論總結(jié)本研究通過綜合運(yùn)用多種先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和理論分析方法，對PbZrO?基反鐵電陶瓷溫致結(jié)構(gòu)演變的微觀機(jī)制展開了深入且系統(tǒng)的研究，取得了一系列具有重要科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值的研究成果。在相變過程方面，清晰地揭示了PbZrO?基反鐵電陶瓷從低溫到高溫的相變路徑，即從反鐵電相經(jīng)多胞順電相轉(zhuǎn)變?yōu)楹唵雾橂娤?。利用原位變溫透射電鏡技術(shù)和高分辨率X射線衍射等手段，精確地確定了各相轉(zhuǎn)變的溫度區(qū)間和微觀