PZT-Ni磁电复合薄膜的制备及性能研究
发布时间：2020-08-20 23:08
【摘要】：多铁性磁电材料不单具备铁电、铁磁等单一铁性,而且还具有电荷序和自旋序耦合而成的新效应,即磁电效应,因而被广泛运用于换能器、传感器、磁电储存器等新型电子器件之中。其中,薄膜磁电复合材料因其更适应于微型化、低能耗的工业化要求,引起众多研究者的兴趣。本论文主要以PbZr_(0.52)Ti_(0.48)O_3(PZT)与金属Ni构成的准2-2型膜/金属磁电复合材料为研究对象,研究铁电相PZT的厚度及取向对该磁电复合体系正磁电性能的影响。利用溶胶-凝胶法(Sol-gel)在较低的温度下制备不同PZT厚度的PZT/Ni磁电复合结构,有效解决了传统固相烧结的复合体系中易产生微裂纹和杂相等问题。PZT/Ni磁电复合结构表现出良好的磁电耦合性能。当铁电相PZT厚度约为250 nm时,该复合结构获得最佳的磁电性能,其室温最大磁电耦合系数为102.9 mV/cm·Oe且发生在较低的直流偏置磁场H_(dc)下。PZT膜/Ni金属磁电复合结构的α_E随H_(dc)的变化趋势与Ni基底的dλ/dH随H_(dc)的变化趋势一致,表明了PZT/Ni结构通过应变(力)为中介的“磁场-应变(力)-电场”耦合获得磁电效应。以PbO为晶种层诱导PZT薄膜的[100]取向,成功获得具有[100]PZT/PbO/Ni复合结构。通过改变PZT/PbO的重复次数,得到不同PZT厚度的PZT/PbO/Ni复合结构。PbO晶种层的引入使该复合结构中PZT薄膜电性能发生明显改变。在厚度为325 nm时,PZT/PbO/Ni磁电复合体系的最大磁电耦合系数达到421.4 mV/cm·Oe,为PZT/Ni最大磁电耦合系数的4.1倍。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33;TB383.2
【图文】：
图 1.1 多铁性之间的耦合与铁性序关系图简介料中的磁电效应为本征磁电效应。在原子尺度上，室温下的时材料不导电具有介电性；而铁磁性是要求 d 轨道存在电子条件在本质上是矛盾的，所以自然情况下存在的单相磁电材电材料大多结构比较复杂，磁电效应微弱并且只有在极低的材料不同，复合磁电材料中的磁电效应来源于两相间的多场示意图为例，磁电复合材料中的各相均不具有磁电效应，但效应，因而当将两相复合时，会产生以压力为中介的“磁-力-电外加磁场的作用，磁致伸缩相会产生应力(变)并通过两相界(变)的作用产生电极化，即磁生电效应，用(ME)H表示；反之电效应，压电相会产生应力(变)并通过两相界面传递给铁磁化状态的变化，即电生磁效应，用(ME)E表示[5]。
PZT-Ni 磁电复合薄膜的制备及性能研究2图 1.1 多铁性之间的耦合与铁性序关系图1.2.1 磁电效应简介单相磁电材料中的磁电效应为本征磁电效应。在原子尺度上，室温下的铁电性要求 d 轨道不存在电子，此时材料不导电具有介电性；而铁磁性是要求 d 轨道存在电子，此时材料导电具有导电性。这两个条件在本质上是矛盾的，所以自然情况下存在的单相磁电材料极少[4]。目前，已发现的单相磁电材料大多结构比较复杂，磁电效应微弱并且只有在极低的温度下才可以观察到。与单相磁电材料不同，复合磁电材料中的磁电效应来源于两相间的多场耦合[5, 6]。以图 1.2所示的磁电效应示意图为例，磁电复合材料中的各相均不具有磁电效应，但由于两相分别具有磁致伸缩和压电效应，因而当将两相复合时，会产生以压力为中介的“磁-力-电”耦合。具体来说，当复合材料受到外加磁场的作用，磁致伸缩相会产生应力(变)并通过两相界面传递给压电相，压电相由于应力(变)的作用产生电极化
PZT-Ni 磁电复合薄膜的制备及性能研究的探索进行简单介绍。 年，荷兰 Philips 实验室[78]率先报道了以共晶生长法制备的 CoFe2O4(CFO)-B材料。交替沉积 BTO 与 CFO 构成层状的磁电复合结构，在室温下测得磁 mV/cm·Oe，这个值远高于单相磁电材料 Cr2O3的磁电系数。图 1.3 为 CFO的扫描电子显微镜断面形貌图。该样品是在氮气混入 2.5%O2的环境下，以 0长得到的。从图中可以看到制备出的复合材料中黑白交错，为 BTO 与 CF
本文编号：2798561
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33;TB383.2
【图文】：
图 1.1 多铁性之间的耦合与铁性序关系图简介料中的磁电效应为本征磁电效应。在原子尺度上，室温下的时材料不导电具有介电性；而铁磁性是要求 d 轨道存在电子条件在本质上是矛盾的，所以自然情况下存在的单相磁电材电材料大多结构比较复杂，磁电效应微弱并且只有在极低的材料不同，复合磁电材料中的磁电效应来源于两相间的多场示意图为例，磁电复合材料中的各相均不具有磁电效应，但效应，因而当将两相复合时，会产生以压力为中介的“磁-力-电外加磁场的作用，磁致伸缩相会产生应力(变)并通过两相界(变)的作用产生电极化，即磁生电效应，用(ME)H表示；反之电效应，压电相会产生应力(变)并通过两相界面传递给铁磁化状态的变化，即电生磁效应，用(ME)E表示[5]。
PZT-Ni 磁电复合薄膜的制备及性能研究2图 1.1 多铁性之间的耦合与铁性序关系图1.2.1 磁电效应简介单相磁电材料中的磁电效应为本征磁电效应。在原子尺度上，室温下的铁电性要求 d 轨道不存在电子，此时材料不导电具有介电性；而铁磁性是要求 d 轨道存在电子，此时材料导电具有导电性。这两个条件在本质上是矛盾的，所以自然情况下存在的单相磁电材料极少[4]。目前，已发现的单相磁电材料大多结构比较复杂，磁电效应微弱并且只有在极低的温度下才可以观察到。与单相磁电材料不同，复合磁电材料中的磁电效应来源于两相间的多场耦合[5, 6]。以图 1.2所示的磁电效应示意图为例，磁电复合材料中的各相均不具有磁电效应，但由于两相分别具有磁致伸缩和压电效应，因而当将两相复合时，会产生以压力为中介的“磁-力-电”耦合。具体来说，当复合材料受到外加磁场的作用，磁致伸缩相会产生应力(变)并通过两相界面传递给压电相，压电相由于应力(变)的作用产生电极化
PZT-Ni 磁电复合薄膜的制备及性能研究的探索进行简单介绍。 年，荷兰 Philips 实验室[78]率先报道了以共晶生长法制备的 CoFe2O4(CFO)-B材料。交替沉积 BTO 与 CFO 构成层状的磁电复合结构，在室温下测得磁 mV/cm·Oe，这个值远高于单相磁电材料 Cr2O3的磁电系数。图 1.3 为 CFO的扫描电子显微镜断面形貌图。该样品是在氮气混入 2.5%O2的环境下，以 0长得到的。从图中可以看到制备出的复合材料中黑白交错，为 BTO 与 CF
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 杨南如,余桂郁;溶胶-凝胶法简介第一讲——溶胶-凝胶法的基本原理与过程[J];硅酸盐通报;1993年02期
本文编号：2798561
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