扫描电镜下的多层压电陶瓷材料分析

压电陶瓷片，是一种应用广泛的电子陶瓷材料，能够实现机械能与电能的相互转化。例如，压电陶瓷蜂鸣片，由压电陶瓷片和金属震动板粘粘而成，由振荡电路激励，通过逆压电效应，压电陶瓷片产生一相对应的形变即振动，当振动频率在音频波段内时就会发出对应的音响。压电陶瓷蜂鸣片广泛应用于电子钟表、汽车喇叭、音响、通讯、遥感、计算器，电子玩具等产品。

随着科学的发展，多层压电陶瓷器件得到了长足发展。多层压电陶瓷由数层压电材料组成，与内部电极交错排列。内部电极相继定位为正极和负极，所有正电极都连接到组件一侧的一个外部电极，而负极则连接在组件的另一侧。

多层压电陶瓷结构示意图

多层压电陶瓷多采用传统的粘接技术制造，而低温共烧技术能够改善元件的电学和机械特性，是发展高性能陶瓷叠层复合体的重要研究方向。低温共烧多层压电陶瓷的驱动电压低，器件可靠性高，位移量大，易于集成化，具有更好的整体性能和使用稳定性，因而拥有多种优势。

扫描隧道显微镜（STM）就使用了压电陶瓷技术，要控制扫描隧道显微镜的针尖在样品表面进行高精度的扫描，采用普通机械的控制方法很难达到这一要求，而采用压电陶瓷材料就能以简单的方式将 1mV-1000V 的电压信号转换成十几分之一纳米到几微米的位移。

但是，多层压电陶瓷器件品质要求较高，其内部多层结构需要使用扫描电镜（SEM）观察，以确认每一层陶瓷是否存在缺陷，多层陶瓷的厚度是否均匀，以及作为电极的银层是否覆盖均匀，这些结构影响着器件的使用寿命。

以下采用Thermo Scientific™ 台式场发射扫描电镜能谱一体机 Phenom Pharos 观察多层压电陶瓷内部结构。

Phenom电镜采用低真空技术，对不导电样品，无需喷金，可直接观察。Phenom台式扫描电镜成像界面的右上角配置了彩色光学显微镜导航窗口，可以实时定位要观察的样品，结合全自动马达样品台，点击任意感兴趣的位置，视野即可快速移动到该位置。