研究目的
采用光化学金属有机和渗透沉积技术制备并表征PZT/PZT和PZT/BiT复合厚压电薄膜，用于航空航天结构健康监测。
研究成果
混合溶胶-凝胶PMOD与渗透技术成功在曲面高温合金基底上制备出无裂纹、致密的PZT/PZT和PZT/BiT复合厚膜，其介电、铁电及压电性能均得到提升。该薄膜展现出高剩余极化强度、介电常数和压电系数，适用于航空航天领域的高频结构健康监测。未来工作可聚焦于优化大尺寸基底工艺并进一步降低孔隙率。
研究不足
在曲面基底（尤其是较大叶片）上的沉积具有挑战性，需要通过取消旋涂等改进措施来实现。该工艺涉及多次热循环，若控制不当可能引发应力或开裂。虽然孔隙和团聚问题得到处理但未完全消除。由于基底曲率和薄膜厚度的影响，横向压电系数（如d31）的测量较为困难。
1：实验设计与方法选择：
采用结合光化学金属有机沉积（PMOD）与浸渗法的混合溶胶-凝胶技术，在曲面高温合金基底上沉积复合压电薄膜。该方法通过将PZT-5A粉末悬浮于PZT或BiT前驱体溶液中，经紫外照射与热处理获得无裂纹致密薄膜。
2：样本选择与数据来源：
基底包括IN718和IN738镍基高温合金涡轮叶片，以及用于对比的Si和Pt/Si平面晶圆。样品经掩膜处理并制备底电极。
3：实验设备与材料清单：
设备包含旋涂机、加热板、紫外灯（365nm/6W）、退火炉、热蒸发与溅射电极沉积系统、扫描电镜（FESEM JEOL JSM-600F）、轮廓仪（Alpha-Step IQ）、粗糙度测试仪（Perthometer M2）、X射线衍射仪（Rigaku D/MAX-2000）、C-V分析仪（Keithley 590）及APC d33测试仪。材料包括2-乙基己酸铅、2-乙基己酸锆、异丙醇钛、2-乙基己酸铋、己烷溶剂、PZT-5A粉末、金、铂及Kapton胶带。
4：2）、X射线衍射仪（Rigaku D/MAX-2000）、C-V分析仪（Keithley 590）及APC d33测试仪。材料包括2-乙基己酸铅、2-乙基己酸锆、异丙醇钛、2-乙基己酸铋、己烷溶剂、PZT-5A粉末、金、铂及Kapton胶带。 实验流程与操作步骤：
4. 实验流程与操作步骤：(a)配制特定摩尔比前驱体溶液；(b)通过注射或1500rpm旋涂沉积层，经200°C干燥、10分钟紫外照射、400°C热解及700°C逐层退火（重复至目标厚度≤100μm），浸渗步骤交替使用前驱体溶液与粉末悬浮液；(c)采用蒸发法（Au）或溅射法（Pt）沉积底/顶电极；(d)600°C二次退火实现电极键合。
5：数据分析方法：
通过扫描电镜观察形貌、轮廓仪测量厚度/粗糙度、XRD分析晶体结构、C-V迟滞曲线表征介电性能、P-E迟滞曲线评估铁电性能、d33测试压电系数，迟滞回线采用标准方法及MATLAB分析。
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Scanning Electron Microscope
FESEM JEOL JSM-600F
JEOL
Recording surface morphology and microstructure of the resultant films
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X-ray Diffractometer
Rigaku D/MAX-2000
Rigaku
Measuring grain size, phase, and crystalline microstructure of the films
-
C-V Analyzer
Keithley 590
Keithley
Determining capacitance-temperature behavior and Curie temperature
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Profilometer
Alpha-Step IQ
KLA-Tencor
Measuring surface profile and thickness of the films
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Roughness Tester
Perthometer M2
Mahr
Investigating surface roughness of the samples
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Piezoelectric Charge Coefficient Meter
APC d33 m
APC
Measuring longitudinal piezoelectric charge coefficient (d33) of the thick films
-
UV Lamp
365 nm, 6 watt
Irradiating deposited layers for photochemical processing
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