BiFeO3 多铁薄膜掺杂改性研究进展

铁酸铋是目前发现的唯一的室温单相多铁性的材料,其禁带宽度较小,剩余极化强度较大,居里温度较高,在光电器件、自旋电子器件、铁电随机存储器、磁电存储单元等领域有着广阔的应用前景。但铁酸铋薄膜存在漏电流较大、磁电耦合性较弱等问题,制约了在实际中的应用。离子掺杂具有操作方便、易于实现薄膜的微结构及性能调控等优点,因而受到广泛关注。综述了国内外近年来关于铁酸铋薄膜电性能掺杂改性的相关工作,阐述了不同种类的掺杂,包括A位(三价镧系元素与二价碱金属元素)、B位(过渡金属元素等)以及AB位共掺杂,同时根据掺杂对铁酸铋薄膜的漏电流、铁电性以及介电性能的影响,对A位掺杂和B位掺杂中的元素进行了分类,系统总结了各类元素掺杂改性的效果及其机理。最后,提出了铁酸铋薄膜亟待解决的问题。     

热解温度对镧、锰共掺杂铁酸铋薄膜铁电性能的影响(英文)

在不同热解温度下,采用溶胶-凝胶法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备镧、锰共掺杂铁酸铋铁电薄膜Bi0.9La0.1Fe0.95Mn0.05O3(BLFMO)。利用热失重仪(TGA)分析BLFMO原粉的质量损失,用 X 射线衍射仪(XRD)和原子力显微镜(AFM)分析 BLFMO 薄膜的晶体结构和表面形貌。在热解温度为420℃时,得到BLMFO薄膜的剩余极化值为21.2μC/cm2,矫顽场为99 kV/cm,漏电流密度为7.1×10-3 A/cm2,说明薄膜在此热解温度下具有较好的铁电性能。     

铁酸铋薄膜退火工艺研究进展

铁酸铋(BFO)多铁性材料因具有丰富的物理性能,以及其在存储器、传感器、电容器、光伏器件等方面的广阔应用前景,在过去几十年一直受到广泛的关注。然而,由于Bi元素在高温下容易挥发,所以很难合成纯相的BFO薄膜。此外,因存在氧空位或由于Fe离子变价导致的非化学计量比等缺陷,使其漏电流密度较大,严重影响BFO薄膜的铁电性能及实际应用。退火工艺是影响材料微结构及宏观性能的重要因素,因此通过退火工艺来调控BFO薄膜的结构及性能是一种十分有效的手段。然而,退火工艺包括退火时间、退火气氛、退火温度以及退火方式等多种形式,究竟每一种退火形式如何影响BFO薄膜的结构及性能是值得探讨的问题。为此,综述了退火工艺(括退火时间、退火气氛、退火温度以及退火方式)对BFO薄膜的结构(晶粒尺寸、形状,电畴尺寸、类型,表面形貌)和性能(磁性、铁电性、介电性、漏电性、导电机制)的影响的研究进展,并提出了一些亟待解决的问题。     

铁酸铋薄膜的溶胶-凝胶法制备及电性能研究进展

铁酸铋是唯一一种在室温下存在的单相多铁材料,因其具有较高的铁电居里温度、较大的剩余极化强度、较小的禁带宽度和多铁特性,受到国内外的广泛关注。溶胶-凝胶法是制备铁酸铋薄膜的一种常见方法。综述了近年来溶胶-凝胶法制备铁酸铋薄膜的研究进展,详细阐述了制备工艺参数(前驱液、退火温度、退火气氛、底电极)与掺杂对铁酸铋薄膜电性能的影响;分析了不同制备工艺导致薄膜电性能出现差异的原因;归纳、总结出了目前溶胶-凝胶法制备铁酸铋薄膜的较佳工艺条件;最后,指出了亟待解决的问题。     

Mn掺杂对0.7BiFeO3-0.3PbTiO3薄膜铁电性能的影响

利用溶胶-凝胶法在La Ni O3/Si O2/Si衬底上制备了掺Mn量为0%、1%、5%、10%(质量分数)的0.7Bi Fe O3-0.3Pb Ti O3(BFMPT7030/x,x=0,0.01,0.05,0.1)薄膜。XRD测试表明,薄膜均完全结晶,呈现高度(100)择优取向。通过对薄膜晶体结构分析,发现BFMPT7030/0.05薄膜具有最小的晶粒尺寸(258 nm)及最小的晶胞体积(61.25×10-3 nm3)。SEM测试结果显示样品晶粒生长充分,晶粒尺寸在150~300 nm之间。铁电性能测试结果表明,当Mn含量为5%时,铁电性能较好,电滞回线形状最好,最为饱和。漏电流测试结果表明随着掺Mn量增加,BFMPT7030薄膜的漏电流随电场增大而增加的趋势减弱。     

掺杂Fe~(3+)与La~(3+)离子的TiO_2薄膜光反应活性的研究(英文)

利用溶胶-凝胶技术在载玻片衬底上制备了透明的TiO2薄膜。为了增强TiO2薄膜的光反应活性,对TiO2薄膜分别进行了不同浓度的Fe3+和La3+离子掺杂。离子掺杂的TiO2薄膜在可见光区有良好的透光性,通过降解罗丹明B染料溶液,评估了掺杂Fe3+和La3+离子的TiO2薄膜的光反应活性。结果表明,当Fe和La的原子分数比为0.5at%时增强了TiO2薄膜的光反应活性。     

Er3+掺杂位置对Er3+:BaTiO3薄膜上转换发光的影响

采用溶胶-凝胶法在LaNiO3/Si衬底上制备Er3+掺杂BaTiO3薄膜.通过XRD、AFM和PL图谱分别研究薄膜的晶体结构、形貌以及上转换发光性能.结果表明,薄膜的微观结构和发光性能与Er3+掺杂晶格的位置有关.A位掺杂薄膜较B位掺杂薄膜具有较小的晶格常数和较好的结晶.PL光谱表明:A位掺杂的薄膜和B位掺杂的薄膜都于528 nm和548nm处获得较强的绿色上转换发光以及在673 nm处获得较弱的红光,分别对应Er3+离子的2H11/2→4I15/2,4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2能级跃迁.相对于B位掺杂的薄膜,A位掺杂样品有较强的绿光发射积分强度以及较弱的红光发射相对强度.这种差异可以通过薄膜的结晶状况和交叉弛豫机制来进行解释.     

Er~(3+)掺杂位置对Er~(3+):BaTiO_3薄膜上转换发光的影响(英文)

采用溶胶-凝胶法在LaNiO3/Si衬底上制备Er3+掺杂BaTiO3薄膜。通过XRD、AFM和PL图谱分别研究薄膜的晶体结构、形貌以及上转换发光性能。结果表明,薄膜的微观结构和发光性能与Er3+掺杂晶格的位置有关。A位掺杂薄膜较B位掺杂薄膜具有较小的晶格常数和较好的结晶。PL光谱表明:A位掺杂的薄膜和B位掺杂的薄膜都于528nm和548nm处获得较强的绿色上转换发光以及在673nm处获得较弱的红光,分别对应Er3+离子的2H11/2→4I15/2,4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2能级跃迁。相对于B位掺杂的薄膜,A位掺杂样品有较强的绿光发射积分强度以及较弱的红光发射相对强度。这种差异可以通过薄膜的结晶状况和交叉弛豫机制来进行解释。     

Y2O3掺杂对钛酸铋钠介质材料介电性能的影响

研究了掺杂Y2O3对(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3陶瓷材料介电性能的影响.实验结果表明当(Bi0.5N0.5)0.94Ba0.06TiO3中掺杂0.1%(原子分数)Y2O3时,试样在1140℃空气气氛下烧结2h,材料的介电性能有了较大幅度的提高,介电系数和介质损耗分别为1941和4.48%,介电性能在室温范围内的变化明显减小;由于Y2O3的加入,Y3+离子取代了部分Ti4+离子,材料的电畴结构遭到破坏,导致了Tc的前移,介电峰展宽,有效的改善了材料的介电性能.由介电温谱分析了材料从室温到400℃的相变过程,阐述了对钛酸铋钠陶瓷材料高温相变过程的新看法.     

铁酸铋薄膜光伏效应研究进展

铁酸铋是目前唯一在室温下同时具有铁电性和反铁磁性的单相多铁性材料,并且这两种铁性有序之间存在磁电耦合效应,其铁电居里温度和反铁磁奈尔温度都远在室温以上,在光电器件、自旋电子器件、铁电随机存储器、磁电存储单元等领域有着广阔的应用前景。此外,作为一种典型的铁电材料,铁酸铋还具有较大的剩余极化强度、相对较小的带隙宽度以及较大的光吸收系数,理论上具有较大的光电转换效率,有望成为下一代太阳能光伏电池的备选材料。然而,目前有关铁酸铋材料光伏效应的机制还没有明确的定论,影响其光伏效应的因素较多,例如电畴、界面、厚度、退极化场、缺陷及极化强度等。欲提高铁酸铋材料的光电转换效率,许多问题亟待解决。综述了近几年来国内外关于铁酸铋薄膜光伏效应机制方面的研究。     

Structural,Dielectric, and Magnetic Properties of Ba-Doped Multiferroic Bismuth Ferrite

The main focus of the research was to correlate the microstructure with dielectric and magnetic properties of Bi1-xBaxFeO3 samples. Bi1-xBaxFeO3 samples(x = 0.1, 0.2 and 0.3) were synthesized by the conventional solid-state reaction method using nano-powders of Bi2O3, Fe2O3, and BaCO3. Thereafter, field emission scanning electron microscope and X-ray diffraction(XRD) techniques were used to examine the structure and phase of the samples. Phase analysis by XRD indicated that the single-phase perovskite structure was formed with possible increment in lattice parameter with increasing Ba doping. Complex permeability(u'iand u'i) measured using impedance analyzer confirmed the increase in magnetic property with increasing Ba doping. Finally, dielectric constant(k) was analyzed as a function of temperature at different frequencies. Dielectric constant as high as 2900 was attained in this research for Bi0.8Ba0.2FeO3 sample due to reduction in leakage current at this composition.     

Annual Contents

Abstract

The electrochemical reduction of Bi₂S₃ films deposited using the successive ionic layer adsorption and reaction method in a Bi(III) solution with a sulphidation agent Na₂S was investigated in Ni²⁺ free background and Ni²⁺ containing electrolytes at different pH. This investigation was carried out by means of cyclic voltammetry, electrochemical quartz crystal microbalance and X-ray photoelectron spectroscopy. It has been established that during the reduction of a bismuth sulphide film in the Ni²⁺ free background solution the electrode mass decreases due to Bi₂S₃ film reduction to metallic Bi and the transfer of sulphide ions into the bulk of the solution. At pH=3, the Bi₂S₃ film reduces under the potential region from –0·2 to –0·4 V, while at pH=4 and 5 from –0·4 to –0·6 V. The processes occurring during the reduction of Bi₂S₃ film in the Ni²⁺ containing electrolyte depend on the electroreduction medium. At pH=3, the reduction of Bi₂S₃ film to metallic Bi and Ni²⁺ ions occurs simultaneously under the potential region of the cathodic current peak (–0·2 to –0·4 V). When pH is 4 or 5, the increase in electrode mass is caused by the incorporation of Ni²⁺ ions into the bismuth sulphide film with their partial reduction to the metallic or close to metallic state with the occurrence of structural changes in the film.     

Effects of Ce~(3+) doping on the structure and magnetic properties of Mn-Zn ferrite fibers

Ce3+-doped Mn-Zn ferrite fibers were successfully prepared by the organic gel-thermal decomposition method from metal salts and citric acid. The composition,structure,and magnetic properties of these ferrite fibers were characterized by X-ray diffraction (XRD),scanning electron microscopy (SEM),and vibrating sample magnetometer (VSM). The results show that Mn0.2Zn0.8Fe2-xCexO4 (x = 0-0.04) fibers are featured with an average grain size of 11.6-12.7 nm,with diameters ranging between 1.0 to 3.5 μm and a high ...     

n 型 Bi-Te-Se 温差电材料溶液体系的电沉积过程研究

目的研究硫酸体系中元素铋、碲和硒的电沉积行为,为电沉积制备n型Bi2Te3-ySey温差电材料提供理论参考。方法采用电化学循环伏安测试技术,对硫酸溶液体系中铋、碲、硒三种元素的电沉积及不同元素间的共沉积过程进行研究。结果纯铋硫酸溶液体系中,Bi3+还原成单质铋的电化学反应是分步进行的,游离态和络合态的铋离子先后发生还原反应。纯碲硫酸溶液体系中,HTe O2+以吸附态和游离态两种形式先后发生还原反应。纯硒硫酸溶液体系中,溶液中的H2Se O3也通过分步还原反应生成硒单质。在Bi-Te-Se三元硫酸溶液体系中,Bi3+的浓度和基材对电沉积过程有显著影响,Bi-Te-Se化合物对电沉积过程具有促进作用。结论在Bi-Te-Se三元硫酸溶液体系中,Se,Te和Bi元素可依次在阴极表面发生还原反应而实现共沉积,从而制备出n型Bi-Te-Se温差电材料。     

SOFCs金属连接体表面改性Mn-Co尖晶石涂层研究现状

Fe-Cr铁素体不锈钢是中低温固体氧化物燃料电池(SOFCs)的理想连接体材料，但其在高温有氧环境中表面易被氧化，且会引起阴极“Cr毒化”现象，致使电池工作效率降低。Mn-Co尖晶石因其较高的高温导电性和抗氧化性，被广泛应用于连接体保护涂层以提高连接体的抗氧化性，并减少Cr的扩散。但Mn-Co尖晶石涂层在长期服役过程中仍存在Cr元素扩散导致Cr₂O₃过渡氧化层不断增厚、涂层导电性能下降的现象，研究发现通过对Mn-Co尖晶石涂层进行掺杂改性可有效改善上述问题。本文结合近年来Mn-Co尖晶石涂层研究进展，简述了典型的Mn-Co尖晶石晶体结构及其导电机制，总结了改性元素在Mn-Co尖晶石中可能的掺杂位点及对尖晶石晶体结构的影响，重点阐述了稀土元素Y、La、Ce，以及过渡族元素Cu、Fe改性对Mn-Co尖晶石涂层抗氧化性、导电性、黏附性，以及热膨胀系数相容性的影响，详述了改性元素作用机理，总结对比了不同元素对Mn-Co尖晶石涂层改性的侧重点。最后，对当前研究中Mn-Co尖晶石涂层存在的问题及今后改性Mn-Co尖晶石涂层的研究方向进行了展望。     

Microstructure and microwave electromagnetic properties of Dy~（3＋）-doped W-type hexaferrites

Ba 1 x Dy x Co 2 Fe 16 O 27 (x = 0.00, 0.05, 0.10, 0.15, and 0.20) was prepared by the solid-state method. The phase structure was studied using powder X-ray diffraction (XRD), the electromagnetic properties were measured, and the reflection loss of Dy 3+ -doped ferrite material was calculated using electromagnetic parameters by the transmission line theory. All XRD patterns showed the single phase of the magnetoplumbite barium ferrite without other intermediate phase when x ≤ 0.15. The values of ε′ and ε″ increased slightly with Dy 3+ ions doping. The values of μ″ and μ′ were improved with Dy 3+ doping, exhibiting excellent microwave magnetic performance. The reasons have also been discussed using the electromagnetic theory. Dy substitution could increase microwave-absorbing performance and broaden frequency band (reflection loss (RL) < -10 dB), and the absorbing peak shifted to high-frequency position. When x = 0.2, ferrite layer exhibited the most excellent microwave-absorbing performance at a thin matching thickness of 1.5 mm. The peak value of RL was around -15 dB, and the frequency band (RL < -10 dB) was about 7 GHz (from 8 to 15 GHz).     

Bi2S3-ZnO-Na2CO3体系热力学分析及应用

对Bi2S3-ZnO-Na2CO3低温熔盐体系进行热力学分析,计算了在700～1 500 K温度下体系中各反应的标准吉布斯自由能变化值(ΔG TΘ),并绘制了相应的ΔG TΘ—T图。热力学分析结果表明,在700～1 100 K温度范围内,Bi2S3中的Bi会被C还原成金属Bi进入金属相中,S将以ZnS形式进入固体物渣中。根据分析结果,在700～1 100 K温度下,以Na2CO3等钠盐为熔剂、ZnO为固硫剂、粉煤为还原剂,开展了验证试验。试验得到了直收率达98%的粗铋,S几乎100%以ZnS的形式固定在渣中,与热力学分析结果一致。