BiFeO 3 基及其复合铁电材料的制备与性能研究

发布时间：2022-10-31 20:22

　　随着全球信息科技的不断进步和发展,很多传统单一的功能性材料已经不能满足社会各个行业的需求,人们不断地探索性能优异、适用范围广的新型绿色多功能材料,期望可以通过科学研究进而取代这些落后的传统型材料。BiFeO₃（BFO）薄膜因其自身特有的性质在传感器及光伏电池等新型多功能智能器件中的应用潜力,多年来一直被广泛研究。由于BFO材料中存在的氧空位以及其他缺陷、Fe³⁺离子变价等导致漏电流过大,使得进一步应用受到阻碍,而改进制备工艺和掺杂改性是改善BFO铁电材料的重要方法。本论文用溶胶-凝胶法,制备出了不同Zn元素掺量以及不同制备工艺的BFO基铁电材料,通过对BFO基铁电材料的研究得出以下三个结论:1、B位的Zn元素掺杂有利于BFZO薄膜性能的提高。当Zn掺量为1mol%时,BFZO薄膜的铁电性能较好,晶粒发育较好,Fe²⁺和氧空位的浓度较低,漏电流密度较小,此时导电机制为空间电荷限制电流传导机制。表明适量的Zn掺杂有利于BFZO薄膜晶粒的发育,降低氧空位的浓度,减小薄膜的漏电流密度,从而使薄膜的性能得到提高。2、O_2... 

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 铁电材料
        1.1.1 铁电性
        1.1.2 电滞回线
    1.2 铁电薄膜的导电机制
        1.2.1 欧姆传导机制(Ohmic Conduction)
        1.2.2 空间电荷限制电流传导机制(SCLC)
        1.2.3 P-F发射机制(Poole-Frenkel Emission)
        1.2.4 肖特基发射机制(Schottky Emission)
        1.2.5 F-N隧穿效应机制(Fowler-Nordheim Tunneling Effect)
    1.3 BFO的结构与性能
    1.4 BFO的应用
    1.5 SBTi的结构与性能
    1.6 BFO的性能优化
        1.6.1 纯相的制备
        1.6.2 元素掺杂
        1.6.3 形成固溶体
    1.7 本课题的研究对象及主要内容
        1.7.1 研究对象的选择
        1.7.2 本文的研究内容
第2章 实验方案设计与研究方法
    2.1 实验所需化学原料及仪器设备
    2.2 BFZO薄膜的制备
        2.2.1 衬底的处理
        2.2.2 前驱体溶液的配制
        2.2.3 湿膜制备及热处理
    2.3 0.5 BFO-0.5CSBT复合铁电陶瓷样品的制备
    2.4 薄膜表征技术
        2.4.1 X射线衍射(XRD)分析
        2.4.2 X射线光电子能谱测试(XPS)
        2.4.3 扫描电子显微镜测试(SEM)
        2.4.4 铁电性能测试
        2.4.5 介电性能测试
第3章 Zn掺量对BFO薄膜结构和电性能的影响
    3.1 引言
    3.2 Zn掺量对BFO薄膜晶体结构的影响
    3.3 Zn掺量对BFO薄膜微观结构的影响
    3.4 XPS高分辨电子能谱分析
    3.5 Zn掺量对BFO薄膜铁电性能的影响
    3.6 Zn掺量对BFO薄膜漏电性能的影响
    3.7 Zn掺量对BFO薄膜漏电机制的影响
        3.7.1 薄膜导电机制的理论基础
        3.7.2 BFZO薄膜的导电机制分析
    3.8 Zn掺量对BFO薄膜介电性能的影响
    3.9 本章小结
第4章 退火气氛对BFZO薄膜结构和电性能的影响
    4.1 引言
    4.2 退火气氛对BFZO薄膜晶体结构的影响
    4.3 退火气氛对 BFZO 薄膜表面形貌的影响
    4.4 XPS高分辨电子能谱分析
    4.5 退火气氛对BFZO薄膜漏电性能的影响
    4.6 退火气氛对BFZO薄膜漏电机制的影响
    4.7 退火气氛对BFZO薄膜介电性能的影响
    4.8 不同退火气氛对BFZO薄膜性能老化的影响
    4.9 本章小结
第5章 烧结气氛对0.5BFO-0.5CSBT复合陶瓷结构和介电性能的影响
    5.1 引言
    5.2 烧结气氛对0.5BFO-0.5CSBT陶瓷晶体结构的影响
    5.3 XPS高分辨电子能谱分析
    5.4 电导分析
    5.5 弛豫分析
    5.6 本章小结
第6章 结论
    6.1 主要结论
    6.2 主要创新点
    6.3 工作展望
参考文献
致谢
硕士期间成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]Fe3+/Bi3+对纯相BiFeO3薄膜的影响及生长机理研究[J]. 任宣儒,谈国强,苗鸿雁.  功能材料. 2011(04)
[2]铁电薄膜导电过程与机理[J]. 沈效农,王弘.  功能材料. 1996(04)

博士论文
[1]Sr2Bi4Ti5O18基铁电陶瓷的制备及性能研究[D]. 张丰庆.山东大学 2016



本文编号：3699659