中文摘要：

锆钛酸铅( PZT )压电薄膜是典型的微型传感-驱动器材料。为了与集成电路技术兼容，通常PZT薄膜被沉积在Pt/Ti/SiO2/Si 衬底上，使其在很多技术领域的应用受到限制。而将PZT薄膜制备在不锈钢(SS)，钛合金等金属衬底上，PZT的传感和驱动功能与工程系统的集成性将显著提高。申请者用钛酸铅(PT)做为过渡层，首次在SS衬底上制备了近4um厚的PZT 薄膜，其介电，铁电和压电性能达到甚至超过在Pt/Ti/SiO2/Si 衬底上制备的PZT薄膜。本项目研究旨在用溶胶-凝胶和水热合成以及两种工艺的结合在多种金属衬底上制备PZT压电薄膜、过渡层控制的制备技术、水热合成和微波烧结的一体化工艺。研究金属衬底与薄膜之间的界面应力/应变状态及独特的耦合机制对铁电薄膜相变行为的影响、系统的弹电相互作用。

结论摘要：

锆钛酸铅( PZT )压电薄膜是用于微传感器和驱动器的重要材料。PZT薄膜通常被沉积在Pt-Si衬底上，限制了它的很多应用。本项目是在不锈钢，钛和镍铬等贱金属上制备PZT铁电薄膜。主要研究了用溶胶-凝胶工艺制备PZT/金属结构；镍酸镧过渡层对PZT薄膜的晶化温度、结构和性能的影响；PZT薄膜中的残余应力；以及用水热工艺制备PZT铁电薄膜等。引入镍酸镧使PZT薄膜的晶化温度降低到550oC，并得到了（100）择优取向的PZT薄膜；1 kHz下，NiCr上PZT薄膜的介电常数和损耗分别为433和0.03，剩余极化达到20uC/cm2，与Pt-Si上PZT薄膜的性能相当；PZT薄膜的Raman特征频率与热应力呈线性关系，晶格常数随压应力的增加而增大，表现出泊松效应；用水热工艺在160oC制备的PZT薄膜具有铁电性。PZT/金属结构采用贱金属衬底，无需额外制备底电极，延展性好，可应用在印刷电路和柔性电子器件上，有利于器件的整合；过渡层的引入和水热工艺，实现了PZT薄膜的低温制备；用Raman光谱分析金属衬底上PZT薄膜的残余应力是一项新尝试，为研究铁电薄膜和金属的耦合提供了有效手段和新思路。