铁酸铋-钛酸钡铁电薄膜的制备与多功能特性研究
发布时间：2021-04-05 11:34
随着科学技术的不断发展,功能材料凭借其优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学等物理特性,在信息通讯、网络技术等诸多领域都起到了举足轻重的作用。这意味着对集电学、磁学等多种物理性能于一体的多功能材料研究是至关重要的。其中铁酸铋（BiFeO3,缩写为BFO）材料由于其具有较大自发极化强度（～100μC/cm2）、高居里温度（TC=850℃）和尼尔温度（TN=370℃）等优异的物理特性引起了广大科研人员越来越多的关注。并且Bi3+具有6s2孤对电子,这与Pb2+离子的电子构型十分类似,这意味着BFO体系可以被认为是替代铅基体系的潜在候选材料。此外,BFO与钛酸钡（BaTiO3,缩写为BTO）组成的固溶体能够形成类似PZT的准同型相界（Morphotropic phase boundary,缩写为MPB）。因此,铁酸铋-钛酸钡（BiFeO3-BaTiO3,缩写为BF-BT）体...
【文章来源】：上海师范大学上海市
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电滞回线示意图[23]
第1章绪论上海师范大学硕士学位论文4应以及逆压电效应）可以实现电能和机械能之间的相互转换，如图1-2所示[27]。图1-2压电效应示意图[27]通过进一步的理论分析和实验研究，人们发现具有铁电性的材料都具有压电效应，而具有压电效应的材料却不一定具有铁电性。这是由于只有10种具有特殊极性方向的非中心对称点群才有可能具有自发极化，其中在外电场下其自发极化方向发生变化的才能称之为铁电体。而只要不存在对称中心的晶体即可表现出压电特性，这种非中心对称的点群一共有21种。但432点群具有较高的对称性从而不表现出压电性，因此除去432点群共有20种点群表现出压电性。这其中就包含具有铁电性的10种具有极轴（自发极化）的非中心对称点群，因此铁电材料属于压电材料[28]。通常来说，与非铁电性压电材料相比，铁电性压电材料往往具有更优异的压电效应以及更大的介电常数。因此，在实际的应用过程中具有铁电性的压电材料通常更受到人们的青睐。基于一些压电晶体研制的滤波器、谐振器等器件得到了广泛的应用。但由于大多数压电效应的研究仍基于晶体材料，这极大的限制了人们对铁电压电材料的深入研究和实际应用。随着人们对新材料的进一步探索，第二次世界大战期间，来自日本、美国和前苏联的科学家发现了钛酸钡陶瓷（BariumTitanate,BaTiO3，简称BT）。钛酸钡陶瓷不仅具有优异介电、铁电以及压电性能，而且与RS复杂的晶体结构相比，BT具有更简单的钙钛矿型晶体结构。随后来自美国的Jaffe等人合成了锆钛酸铅二元陶瓷（Pb(Zr,Ti)O3,PZT）固溶体系，并发现其具有更加优异的电学性能[3,29,30]。在此之后，越来越多的铁电体开始被人们发现，尤其是对具有钙钛矿结构的铁电压电陶瓷研究最为广泛。这类铁电压电材料由于其兼具介电性能、铁电性能、压
?粲赗3c空间群。其铁电自发极化方向沿着[111]方向，共存在8个自发极化方向，如图1-3所示。BFO结构上属于G-Type反铁磁结构，即相邻Fe离子的磁矩反向平行排列。但是单相的BFO通常存在较大的漏电流，并且在宏观上表现为无铁磁性。这是由于在制备过程中Bi离子挥发引起的氧空位，Fe离子的变价以及杂质第二相导致体系漏电流过高[6,46]。针对BFO存在的问题，人们对该体系进行了掺杂、固溶等改性方式以提高其性能。其中铁酸铋-钛酸钡（BiFeO3-BaTiO3，缩写为BF-BT）固溶体系被认为是一个最有前景的可望替代PZT的无铅体系[47]。图1-3BiFeO3结构示意图[48]
【参考文献】：
期刊论文
[1]超细晶钛酸钡基储能陶瓷的性能与微观结构[J]. 刘佰博,王晓慧,李龙土. 工程科学学报. 2017(06)
[2]钙钛矿型复合氧化物材料[J]. 王广建,秦永宁,马智,王永成. 化学通报. 2005(02)
[3]检测薄膜压电形变的双光束探测干涉仪的设计[J]. 黄傲,施柏煊,陈王丽华. 光电工程. 2002(05)
本文编号：3119557
【文章来源】：上海师范大学上海市
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电滞回线示意图[23]
第1章绪论上海师范大学硕士学位论文4应以及逆压电效应）可以实现电能和机械能之间的相互转换，如图1-2所示[27]。图1-2压电效应示意图[27]通过进一步的理论分析和实验研究，人们发现具有铁电性的材料都具有压电效应，而具有压电效应的材料却不一定具有铁电性。这是由于只有10种具有特殊极性方向的非中心对称点群才有可能具有自发极化，其中在外电场下其自发极化方向发生变化的才能称之为铁电体。而只要不存在对称中心的晶体即可表现出压电特性，这种非中心对称的点群一共有21种。但432点群具有较高的对称性从而不表现出压电性，因此除去432点群共有20种点群表现出压电性。这其中就包含具有铁电性的10种具有极轴（自发极化）的非中心对称点群，因此铁电材料属于压电材料[28]。通常来说，与非铁电性压电材料相比，铁电性压电材料往往具有更优异的压电效应以及更大的介电常数。因此，在实际的应用过程中具有铁电性的压电材料通常更受到人们的青睐。基于一些压电晶体研制的滤波器、谐振器等器件得到了广泛的应用。但由于大多数压电效应的研究仍基于晶体材料，这极大的限制了人们对铁电压电材料的深入研究和实际应用。随着人们对新材料的进一步探索，第二次世界大战期间，来自日本、美国和前苏联的科学家发现了钛酸钡陶瓷（BariumTitanate,BaTiO3，简称BT）。钛酸钡陶瓷不仅具有优异介电、铁电以及压电性能，而且与RS复杂的晶体结构相比，BT具有更简单的钙钛矿型晶体结构。随后来自美国的Jaffe等人合成了锆钛酸铅二元陶瓷（Pb(Zr,Ti)O3,PZT）固溶体系，并发现其具有更加优异的电学性能[3,29,30]。在此之后，越来越多的铁电体开始被人们发现，尤其是对具有钙钛矿结构的铁电压电陶瓷研究最为广泛。这类铁电压电材料由于其兼具介电性能、铁电性能、压
?粲赗3c空间群。其铁电自发极化方向沿着[111]方向，共存在8个自发极化方向，如图1-3所示。BFO结构上属于G-Type反铁磁结构，即相邻Fe离子的磁矩反向平行排列。但是单相的BFO通常存在较大的漏电流，并且在宏观上表现为无铁磁性。这是由于在制备过程中Bi离子挥发引起的氧空位，Fe离子的变价以及杂质第二相导致体系漏电流过高[6,46]。针对BFO存在的问题，人们对该体系进行了掺杂、固溶等改性方式以提高其性能。其中铁酸铋-钛酸钡（BiFeO3-BaTiO3，缩写为BF-BT）固溶体系被认为是一个最有前景的可望替代PZT的无铅体系[47]。图1-3BiFeO3结构示意图[48]
【参考文献】：
期刊论文
[1]超细晶钛酸钡基储能陶瓷的性能与微观结构[J]. 刘佰博,王晓慧,李龙土. 工程科学学报. 2017(06)
[2]钙钛矿型复合氧化物材料[J]. 王广建,秦永宁,马智,王永成. 化学通报. 2005(02)
[3]检测薄膜压电形变的双光束探测干涉仪的设计[J]. 黄傲,施柏煊,陈王丽华. 光电工程. 2002(05)
本文编号：3119557
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