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二氧化碳激光转换厚膜非晶相结构小分享

文章出处:责任编辑:作者:人气:-发表时间:2014-09-05 08:40:00【

  二氧化碳是一种在常温下无色无味无臭的气体。是一种无色无味气体,密度比空气略大,微溶于水,并生成碳酸。二氧化碳气体,氮气,氦气三种气体混合即可成为二氧化碳镭射中的镭射气体。二氧化碳镭射具有较好的光束质量,一经推出就得到了广泛的应用,尤其是在激光切割领域,受到众多企业的青睐。今天纽瑞德特气小编就为大家介绍二氧化碳镭射对厚膜非晶相结构转化的影响。

 

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  研究利用改良式溶胶-凝胶法製备锆钛酸铅(PZT)铁电厚膜,使用二氧化碳雷射退火製程将厚膜非晶相结构转换成具铁电特性之钙钛矿结构,并与炉管退火作为比较。实验中利用溶胶-凝胶法製备出500℃~750℃六种不同成相温度粉末,粉末颗粒尺寸平均约100nm~300nm左右,藉由细緻的粉末製备出较细緻的铁电厚膜结构层。分析厚膜试片使用仪器有X-ray绕射分析仪(XRD)、场发式扫描电子显微镜(FESEM)、铁电特性量测系统、漏电流等量测方法,进行锆钛酸铅铁电厚膜微观结构与特性分析。


  使用较低退火温度製备锆钛酸铅粉末具有较小的颗粒尺寸,本实验中製备三种不同成相温度粉末之厚膜试片,经雷射退火与炉管退火厚膜试片相互比较特性。实验结果显示,550℃粉末具些许焦绿石相,由于炉管退火的温度与时间不足,无法使550℃厚膜中具有焦绿石相之粉末转换成钙钛矿相,而雷射退火可瞬间产生高能量使焦绿石相粉末转为钙钛矿结构,故经雷射退火之厚膜试片残留极化值可高达24.29μC/cm2比炉管退火之残留极化值2.78 μC/cm2具有更优异的表现。


  使用氧化物法製备之锆钛酸铅粉末颗粒尺寸平均约626nm,与溶胶-凝胶法之细緻锆钛酸铅粉末製备厚膜试片比较,颗粒粗大之厚膜结构会具有较多的表面裂纹与厚膜层孔洞产生,其厚膜具有较多的空洞与较不平整的厚膜表面,会影响厚膜试片之铁电特性与漏电流值,其氧化物法厚膜试片漏电流变化呈现相当大的变动,氧化物法粉末製备五层厚膜试片经雷射退火功率120 W/cm2持温5秒之残留极化值最高只到达4.21 μC/cm2与漏电流密度高达4.89e-10 A/cm2。故粉末颗粒大小将影响厚膜结构緻密度,其铁电特性与漏电流将有所影响。


  雷射退火锆钛酸铅厚膜试片与炉管退火比较具有相当多的优势,雷射退火影响参数有雷射功率密度大小、退火处理时间控制以及最佳处理厚膜试片厚度,厚膜试片才会有优异的特性呈现,均是实验中必须考虑的因素。根据前人研究中提到雷射退火厚膜试片最佳穿透深度为锆钛酸铅五层厚膜,厚度约5 μm厚。本研究中将五层厚膜经雷射退火处理过后,接著于处理过后之五层厚膜试片上,再旋镀上锆钛酸铅五层厚膜层,再经雷射退火处理,依每五层厚膜经雷射功率100W/cm2退火15秒处理之步骤,当循环四次可成功製备出20μm具有相当厚度之锆钛酸铅厚膜结构,且厚膜层均经雷射退火处理转换成钙钛矿结构,于铁电特性量测中,二十层厚膜试片其残留极化值可高达Pr=27.74μC/cm2与矫顽电场值Ec=0.71kV/cm,具有相当优异的铁电特性。本研究中可利用二氧化碳雷射退火製备出达20μm厚度之锆钛酸铅厚膜结构,并得到优异的铁电特性。

 

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