钙钛矿型铅基化合物结构、负热膨胀及性能

【摘要】：负热膨胀(NTE)材料表现出反常的热致收缩现象,为调控热膨胀性能提供了有效方法,NTE广泛分布在不同类型的化合物当中,其机理研究是NTE材料发展的重点及难点,NTE往往涉及到声子热振动、化学成键、电子轨道杂化、磁有序等,NTE与这些物理性能的耦合为调节功能材料的热膨胀性能提供了契机。钙钛矿结构的PbTiO3化合物具有新颖的NTE(αV=-1.99?10-5/?C,RT-490?C),通过化学调控可实现热膨胀性能的有效调控,包括巨大NTE、零膨胀以及正热膨胀;明确了自发极化功能基元在热膨胀性能中的作用机制,基于该研究结论我们发现了尺寸效应引起强烈NTE向正膨胀反常转变行为,通过降低晶粒尺寸削弱维持NTE的铁电性,使晶格热振动占据主导地位,得到正热膨胀,当两者平衡时,制备出宽温度范围的零膨胀材料,研究纳米尺寸效应对热膨胀行为的影响有利于丰富人们对热学性质的认识;PbTiO3基化合物NTE研究表明,在铁电体及NTE领域存在一新的物理参数"铁电自发热致收缩"(spontaneous volume ferroelectrostriction),SVFS是铁电体产生NTE原因,为调控热膨胀性能提供了理论依据。此外,通过调控极性功能基元能够有效地增强铁电、压电等性质,得到热膨胀可控的高温压电、多铁性化合物。