二氧化碳是一種在常溫下無色無味無臭的氣體。是一種無色無味氣體，密度比空氣略大，微溶于水，并生成碳酸。二氧化碳?xì)怏w，氮?dú)猓馊N氣體混合即可成為二氧化碳鐳射中的鐳射氣體。二氧化碳鐳射具有較好的光束質(zhì)量，一經(jīng)推出就得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在激光切割領(lǐng)域，受到眾多企業(yè)的青睞。今天紐瑞德特氣小編就為大家介紹二氧化碳鐳射對(duì)厚膜非晶相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化的影響。

  研究利用改良式溶膠-凝膠法製備鋯鈦酸鉛(PZT)鐵電厚膜，使用二氧化碳雷射退火製程將厚膜非晶相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成具鐵電特性之鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，并與爐管退火作為比較。實(shí)驗(yàn)中利用溶膠-凝膠法製備出500℃~750℃六種不同成相溫度粉末，粉末顆粒尺寸平均約100nm~300nm左右，藉由細(xì)緻的粉末製備出較細(xì)緻的鐵電厚膜結(jié)構(gòu)層。分析厚膜試片使用儀器有X-ray繞射分析儀(XRD)、場(chǎng)發(fā)式掃描電子顯微鏡(FESEM)、鐵電特性量測(cè)系統(tǒng)、漏電流等量測(cè)方法，進(jìn)行鋯鈦酸鉛鐵電厚膜微觀結(jié)構(gòu)與特性分析。

  使用較低退火溫度製備鋯鈦酸鉛粉末具有較小的顆粒尺寸，本實(shí)驗(yàn)中製備三種不同成相溫度粉末之厚膜試片，經(jīng)雷射退火與爐管退火厚膜試片相互比較特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，550℃粉末具些許焦綠石相，由于爐管退火的溫度與時(shí)間不足，無法使550℃厚膜中具有焦綠石相之粉末轉(zhuǎn)換成鈣鈦礦相，而雷射退火可瞬間產(chǎn)生高能量使焦綠石相粉末轉(zhuǎn)為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，故經(jīng)雷射退火之厚膜試片殘留極化值可高達(dá)24.29μC/cm2比爐管退火之殘留極化值2.78 μC/cm2具有更優(yōu)異的表現(xiàn)。

  使用氧化物法製備之鋯鈦酸鉛粉末顆粒尺寸平均約626nm，與溶膠-凝膠法之細(xì)緻鋯鈦酸鉛粉末製備厚膜試片比較，顆粒粗大之厚膜結(jié)構(gòu)會(huì)具有較多的表面裂紋與厚膜層孔洞產(chǎn)生，其厚膜具有較多的空洞與較不平整的厚膜表面，會(huì)影響厚膜試片之鐵電特性與漏電流值，其氧化物法厚膜試片漏電流變化呈現(xiàn)相當(dāng)大的變動(dòng)，氧化物法粉末製備五層厚膜試片經(jīng)雷射退火功率120 W/cm2持溫5秒之殘留極化值最高只到達(dá)4.21 μC/cm2與漏電流密度高達(dá)4.89e-10 A/cm2。故粉末顆粒大小將影響厚膜結(jié)構(gòu)緻密度，其鐵電特性與漏電流將有所影響。

  雷射退火鋯鈦酸鉛厚膜試片與爐管退火比較具有相當(dāng)多的優(yōu)勢(shì)，雷射退火影響參數(shù)有雷射功率密度大小、退火處理時(shí)間控制以及最佳處理厚膜試片厚度，厚膜試片才會(huì)有優(yōu)異的特性呈現(xiàn)，均是實(shí)驗(yàn)中必須考慮的因素。根據(jù)前人研究中提到雷射退火厚膜試片最佳穿透深度為鋯鈦酸鉛五層厚膜，厚度約5 μm厚。本研究中將五層厚膜經(jīng)雷射退火處理過后，接著于處理過后之五層厚膜試片上，再旋鍍上鋯鈦酸鉛五層厚膜層，再經(jīng)雷射退火處理，依每五層厚膜經(jīng)雷射功率100W/cm2退火15秒處理之步驟，當(dāng)循環(huán)四次可成功製備出20μm具有相當(dāng)厚度之鋯鈦酸鉛厚膜結(jié)構(gòu)，且厚膜層均經(jīng)雷射退火處理轉(zhuǎn)換成鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，于鐵電特性量測(cè)中，二十層厚膜試片其殘留極化值可高達(dá)Pr=27.74μC/cm2與矯頑電場(chǎng)值Ec=0.71kV/cm，具有相當(dāng)優(yōu)異的鐵電特性。本研究中可利用二氧化碳雷射退火製備出達(dá)20μm厚度之鋯鈦酸鉛厚膜結(jié)構(gòu)，并得到優(yōu)異的鐵電特性。

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