摘要
电卡效应是指极性材料在施加或移除外加电场的过程中，由于其内部的极化状态的改变，而引起材料出现绝热温变和等温熵变。该效应有望在高效、环境友好、紧凑型固态制冷技术中获得广泛应用。本论文以典型的铁电体BaTiO3为基，系统地研究了B位等价离子置换、不等价离子置换以及A位离子不等价置换对材料的(微)结构、铁电性能以及电卡效应的影响规律，获得如下主要结论。 Ba(Ti1-xCex)O3陶瓷(x=0.10,0.15,0.20)具有弥散型相变，铈元素置换增强了相变的弥散性。随着铈元素置换量增多，热释电系数的最大值减小，最大热释电系数对应的温度有偏离介电峰温度向高温方向移动的趋势，绝热温变和等温熵变与热释电系数有同样的变化规律。对于单个成分，随着电场强度的增大，热释电系数的最大值减小，最大热释电系数对应温度有向高温方向移动的趋势。Ba(Ti1-xCex)O3陶瓷热释电能量收集密度随着TH的增大而缓慢增大，但是总是存在一个温度热释电能量密度变化的最快点，这个温度点的热释电系数也是最大的。 Ba(Ti1-xYx)O3-x/2陶瓷(x=0.056,0.058,0.060,0.062,0.064)是弛豫铁电体，其宽化的介电常数和介电损耗峰伴随着强烈的频率色散，且其弛豫性随着钇元素置换量的增加而得到加强。随着钇置换量的增加，最大热释电系数减小，最大热释电系数对应的温度有偏离介电峰温度向高温移动的趋势。绝热温变和等温熵变的变化趋势和热释电系数的变化趋势一致。所有组分的陶瓷样品都可以在较宽的温度范围(高于50K)内保持一定的电卡效应，这是弛豫铁电体电卡效应的优势。对于单个组分的样品，随着电场强度的增大热释电系数的最大值减小，最大热释电系数对应的温度也向高温方向偏移。 Ba(Ti1-xInx)O3-x/2陶瓷(x=0.01,0.03,0.05)是伴有弥散型相变的正常铁电体，铟元素置换量的增加加强了相变的弥散性。虽然基于XRD的Rietveld精修结果表明所有样品均属于P4mm空间群，然而通过选区电子衍射发现Ba(Ti0.97In0.03)O2.985和Ba(Ti0.95In0.05)O2.975陶瓷中有多相共存的情况，这是弥散型相变的特征。Ba(Ti0.99In0.01)O2.995陶瓷的热释电系数随电场强度增大而减小，Ba(Ti0.97In0.03)O2.985和Ba(Ti0.95In0.05)O2.975陶瓷的热释电系数随电场强度的增大先增大再减小，Ba(Ti0.95In0.05)O2.975陶瓷最大热释电系数对应的电场强度比Ba(Ti0.97In0.03)O2.985陶瓷的大，这可能是因为驱动更多的状态数需要更大的电场强度。 (Ba1-3x/2Smx)TiO3系列陶瓷(x=0.02,0.03,0.04,0.05,0.06)中只有(Ba0.97Sm0.02)TiO3通过放电等离子技术制得致密陶瓷。基于Rietveld精修结果表明所有样品均属于P4mm空间群。(Ba0.97Sm0.02)TiO3陶瓷有两个正常铁电相变，从DSC曲线可以看出随着x值的增大，其顺电-铁电相变温度降低。(Ba0.97Sm0.02)TiO3陶瓷在不同电场强度下的电卡效应最大值对应的温度是一样的，且电卡效应只能在15K的温度区间内保持一定的值，这是正常铁电体的特征。
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