钙钛矿铁电氧化物异质结的溶液外延、微结构及性能研究

发布时间：2021-05-20 06:49

　　钙钛矿铁电氧化物具有自发极化且其极化方向能够随外加电场反转,在传感器、存储器、光催化等领域有着十分广阔的应用前景。近年来,钙钛矿铁电氧化物异质结因其新颖而丰富的物理化学性质,成为材料科学与凝聚态物理的研究热点。因此,设计并制备钙钛矿铁电氧化物异质结,系统地研究溶液外延生长调控、界面微结构、铁电极化屏蔽机制及其界面性质,具有十分重要的科学意义。本论文首先概述了钙钛矿氧化物的晶体结构与功能性,总结了钙钛矿铁电氧化物的铁电极化屏蔽机制以及极化表面的化学性质。同时,重点讨论了钙钛矿氧化物异质结特别是钙钛矿铁电氧化物异质结的制备方法、界面性质与物理机制。然而,铁电极化对晶体生长、界面微结构及其性能的影响尚不清楚,主要问题在于脉冲激光沉积（PLD）、分子束外延（MBE）等经典的薄膜制备技术需要较高的合成温度（一般大于600℃）,导致基板的铁电性大幅度下降甚至消失。本文创新性地提出静电力驱动的氧化物溶液外延生长的设计思路,使用单晶单畴的PbTi03（PTO）纳米片作为基板,利用水热法合成了多种钙钛矿铁电氧化物异质结,对其界面微结构、铁电极化屏蔽、界面性质及其可能的物理机制进行了系统的研究。本论文的主... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：159 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 钙铁矿氧化物概述
        1.2.1 钙钛矿氧化物的晶体结构
        1.2.2 钙钛矿氧化物的功能性
    1.3 几种典型的钙钛矿氧化物
        1.3.1 钛酸铅PbTiO_3(PTO)
        1.3.2 钛酸锶SrTiO_3(STO)
        1.3.3 铁酸铋BiFeO_3(BFO)
    1.4 铁电极化屏蔽及极化表面的化学性质
        1.4.1 铁电极化屏蔽
        1.4.2 铁电极化表面的化学性质
        1.4.3 PTO的表面化学性质
    1.5 钙钛矿氧化物异质结及其界面
        1.5.1 钙钛矿氧化物异质结界面概述
        1.5.2 钙钛矿氧化物异质结的制备方法
        1.5.3 钙钛矿氧化物异质结界面的物理机制
        1.5.4 钙钛矿铁电氧化物异质结的界面效应
    1.6 本论文研究思路与主要研究内容
第二章 实验与测试技术
    2.1 化学药品与实验仪器
        2.1.1 化学药品
        2.1.2 实验仪器与设备
    2.2 材料制备工艺
        2.2.1 水热法制备单晶单畴PbTiO_3纳米片
        2.2.2 水热法制备SrTiO_3/PbTiO_3(STO/PTO)纳米单晶异质结
        2.2.3 水热法制备BiFeO_3/PbTiO_3(BFO/PTO)纳米单晶异质结
        2.2.4 水热法制备TiO_2/PbTiO_3(TiO_2/PTO)纳米单晶异质结
        2.2.5 水热法合成NaTaO_3/SrTiO_3(NTO/STO)大尺寸单晶异质结
    2.3 结构分析和性能测试方法
        2.3.1 X射线衍射(XRD)
        2.3.2 掠入射X射线广角散射(GIWAXS)
        2.3.3 场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)
        2.3.4 透射电子显微镜(TEM)
        2.3.5 球差校正场发射扫描透射电子显微镜、X射线能谱与电子能量损失谱
        2.3.6 环氧树脂包埋切片
        2.3.7 双束聚焦离子束微纳加工仪(FIB)
        2.3.8 比表面积测试
        2.3.9 紫外-可见分光光度计(UV-Vis Spectrophotometer)
        2.3.10 光致发光光谱分析(PL)
        2.3.11 X射线光电子能谱(XPS)
        2.3.12 原子力显微镜(AFM)
        2.3.13 多功能振动样品磁强计系统(VSM)
        2.3.14 电子磁手性二向色性技术(EMCD)
        2.3.15 静态太赫兹光谱技术(THz)
        2.3.16 光解水产氢及光降解有机物性能表征
    2.4 第一性原理计算
第三章 STO/PTO异质结的制备、铁电极化屏蔽及磁学性能研究
    3.1 引言
    3.2 样品制备
    3.3 STO/PTO异质结界面微结构表征及铁电极化屏蔽机制探究
        3.3.1 STO/PTO异质结界面微结构表征
        3.3.2 STO/PTO异质结界面的铁电极化屏蔽
    3.4 STO/PTO异质结的磁学性能以及机理探究
        3.4.1 STO/PTO异质结的磁学性能
        3.4.2 STO/PTO异质结铁磁性与可逆磁转变的机理
    3.5 本章小结
第四章 BFO/PTO异质结的制备、铁电极化屏蔽及磁学性能研究
    4.1 引言
    4.2 BFO/PTO异质结的制备及生长调控
        4.2.1 样品制备
        4.2.2 结果与讨论
    4.3 BFO/PTO异质结的微结构表征、铁电极化屏蔽及生长机制探究
        4.3.1 BFO/PTO异质结的微结构表征
        4.3.2 BFO/PTO异质结界面的铁电极化屏蔽
        4.3.3 BFO/PTO异质结的生长机制探究
    4.4 BFO薄膜的厚度调控及BFO/PTO异质结的磁学性能研究
        4.4.1 BFO薄膜的厚度调控
        4.4.2 BFO/PTO异质结的磁学性能
        4.4.3 BFO/PTO异质结铁磁性与可逆磁转变的机理
    4.5 本章小结
第五章 TiO_2/PTO异质结的制备、铁电极化屏蔽及光催化性能研究
    5.1 引言
    5.2 TiO_2/PTO异质结的制备及其生长调控
        5.2.1 样品制备
        5.2.2 结果与讨论
    5.3 TiO_2/PTO异质结的微结构表征、铁电极化屏蔽及其生长机理
        5.3.1 TiO_2/PTO异质结的微结构表征
        5.3.2 TiO_2/PTO异质结界面的铁电极化屏蔽
        5.3.3 TiO_2/PTO异质结的生长机制探究
    5.4 TiO_2/PTO异质结的可见光催化性能
        5.4.1 TiO_2/PTO异质结的极化方向依赖的可见光催化性能
        5.4.2 TiO_2/PTO异质结的极化方向依赖的可见光催化机理探究
        5.4.3 TiO_2薄膜厚度对可见光催化性能的影响
    5.5 本章小结
第六章 宏观尺寸NTO/STO单晶异质结的制备及性能研究
    6.1 引言
    6.2 NTO/STO单晶异质结的制备及其生长调控
        6.2.1 样品制备
        6.2.2 结果与讨论
    6.3 NTO/STO单晶异质结的微结构表征以及厚度调控
        6.3.1 NTO/STO单晶异质结的微结构表征
        6.3.2 NTO/STO单晶异质结的厚度调控
    6.4 NTO/STO单晶异质结的磁学性能研究
    6.5 本章小结
第七章 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 展望
参考文献
致谢
个人简历及攻读学位期间取得的科研成果



本文编号：3197300