Ag/Bi3.25La0.75Ti3O12/Bi4Ti3O12/Si结构铁电薄膜制备及其铁电性能的研究

利用溶胶-凝胶(sol-gel)方法,在硅基底上制备了Bi3.25La0.75Ti3O12/Bi4Ti3O12/Si铁电薄膜,其中Bi4Ti3O12作为缓冲层.用XRD方法分析了该结构铁电薄膜的物相结构;用扫描电镜对薄膜样品进行表面形貌观察;并且对该结构的铁电性能进行了研究.     

铋层状共生结构铁电体Bi_7Ti_4NbO_(21)的第一性原理计算

铋层状共生结构铁电体Bi7Ti4NbO21具有天然的超晶格结构。采用基于密度泛函(DFT)的第一性原理计算对Bi7Ti4NbO21及其相关化合物进行了研究。计算得到Bi7Ti4NbO21的生成焓为-56.21 eV,带隙为0.796 eV,而对于组成单元Bi3TiNbO9和Bi4Ti3O12,生成焓分别为-30.72和-43.32 eV,带隙分别为2.535和2.436 eV。分析表明,共生结构Bi7Ti4NbO21相对于同组分的组成单元处于热力学亚稳态,其钙钛矿层是电子电导的主要影响因素,带隙相对于组成单元减小也是源于钙钛矿层的导带底的下移。     

Ho掺杂对Bi4-xHoxTi3O12陶瓷结构与铁电性能的影响

以Ho为掺杂元素,采用热压烧结方法制备Bi4-xHoxTi3O12陶瓷,重点研究了Ho掺杂量对其物相组成、致密度、微观结构和铁电性能的影响.首先以Bi2O3、TiO2和Ho2O3微粉为原料,利用固相反应在900℃合成出主晶相为Bi4Ti3O12的Bi4-xHoxTi3O12(x=0～0.8)粉体;然后,将合成粉体在850℃、30 MPa条件下热压烧结,当Ho掺杂量x=0～0.4得到了物相单一、整体致密(>99%)的Bi4-xHoxTi3O12陶瓷.随Ho掺杂量的增加,Bi4-xHoxTi3O12陶瓷的剩余极化强度呈现先增大后减小的趋势,主要与氧空位浓度和不同掺杂浓度引起的掺杂位置的不同有关.在Ho掺杂量x=0.4时,其剩余极化强度最大(2Pr=13.92μC/cm2),远大于未掺杂的Bi4Ti3O12陶瓷,说明适量Ho掺杂能有效改善其铁电性能.     

Nb掺杂Bi4Ti3O12层状结构铁电陶瓷的电行为特性研究

采用固相烧结工艺制备了Nb5+掺杂的Bi4Ti3O12层状结构铁电陶瓷.运用XRD和AFM对Bi4Ti3-xNbxO12+x/2材料的微观结构进行表征,发现所制备的陶瓷均具有单一的正交相结构,抛光热腐蚀表面晶粒的显微形貌表现为随机排列的棒状结构.通过对材料直流电导率与温度关系的Arrhenius拟合,分析了Bi4Ti3-xNbxO12+x/2的导电机理.Nb5+掺杂提高了材料的介电常数,但居里温度随掺杂含量的增加呈线性下降趋势.DSC结果显示Bi4Ti3-xNbxO12+x/2材料在居里温度处经历了一级铁电相变.样品的铁电性能测试结果表明,Nb5+掺杂Bi4Ti3O12提高了材料的剩余极化Pr,这主要是由于Nb5+取代Ti4+大大降低了材料中氧空位的浓度,使得氧空位对畴的钉扎作用减弱的缘故.     

Bi2O3掺杂对Mg4Nb2O9陶瓷的微结构及微波介电性能的影响

采用固相反应法制备了Mg4Nb2O9基微波介质陶瓷,研究了Bi2O3掺杂对Mg4Nb2O9陶瓷烧结行为、相结构、显微结构及微波介电性能的影响。实验结果表明:Mg4Nb2O9陶瓷烧结温度随Bi2O3掺杂量的增加而减小,添加2.0wt%Bi2O3,烧结温度从1350℃降低至1175℃;随Bi2O3添加量从0.0wt%增大到3.0wt%,最强峰(104)晶面间距d值由2.756nm增大至2.769nm;Mg4Nb2O9陶瓷的微波介电性能随Bi2O3掺杂量增加而变化;掺杂2.0wt%Bi2O3的Mg4Nb2O9陶瓷在1175℃保温2小时烧结,获得亚微米级陶瓷,且具有最佳的微波介电性能,εr为12.58,Q×f为71949.74GHz。     

A-位和B-位共掺的Bi4Ti3O12陶瓷的结构及其铁电性能

采用固相烧结法制备了Bi3.55Nd0.45Ti3-xNbxO12(x=0、0.02、0.05、0.08、0.15)系层状钙钛矿结构无铅铁电陶瓷。通过X射线衍射仪(XRD)可以看出陶瓷样品为铋层状钙钛矿结构,并无杂相生成。随着Nb的含量增多,其衍射峰向低角度移动。从扫描电子显微镜(SEM)可以看出陶瓷晶粒为片状。利用阻抗分析仪LCR(HP4284A)测试了陶瓷的介电性能,研究表明AB位共掺钛酸铋陶瓷的居里温度在275℃左右,而Bi4Ti3O12的居里点是675℃,前者比后者下降了400℃。在利用铁电综合测试系统对铁电性能的研究过程中发现,与x=0.05相比,x=0.15的矫顽场(Ec)和剩余极化强度(2Pr)分别减小了5kV/cm和2μC/cm2。     

自组装单层膜表面的Bi2Ti2O7薄膜制备与表征

以硝酸铋和钛酸四丁酯为原料,以三氯十八烷基硅烷(OTS)为模板,采用自组装单层膜(self-as-sembled monolayers,SAMs)技术,在玻璃基板上成功制备了Bi2Ti2O7晶态薄膜。借助X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线能谱(EDS)及原子力显微镜(AFM)等测试手段对Bi2Ti2O7薄膜进行了表征。结果表明,以OTS为模板利用自组装技术,经540℃煅烧2h可成功制得立方相Bi2Ti2O7晶态薄膜,且薄膜表面平整光滑,均匀致密。     

改进固相法制备Li4Ti4.95Nb0.05O12及其性能研究

为提高Li4Ti5O12的导电性和倍率性能,应用二步固相法制备了Nb掺杂的Li4Ti4.95Nb0.05O12负极材料,X射线衍射、扫描电镜、激光粒度分布仪、充放电测试、循环伏安和交流阻抗等测试结果表明,合成的样品具有单一的尖晶石结构和平稳的充放电平台,粒径分布均匀,Nb掺杂改性的Li4Ti5O12具有优良的电化学性能,0.1、0.5、1和10C首次放电比容量分别为174.1、159.7、147和123.3mAh/g。10C下,循环20次后容量保持为118.1mAh/g。     

Bi4Ti3O12铁电薄膜I-V特性的研究

采用溶胶-凝胶工艺(Sol-Gel)在Pt/Ti/SiO2/p-Si衬底上成功制备了低漏电流Bi4Ti3O12(BIT)铁电薄膜,对所得样品的漏导行为进行了研究.研究表明,Bi4Ti3O12薄膜的漏电流密度在+3V偏压下低于10-9A/cm2,满足器件应用的要求.在不同场强下薄膜的漏导机制不同,而且正向和负向电场作用下I-V曲线明显不同,正向漏电流明显小于负向漏电流.电压低于2V时,薄膜以欧姆导电机制为主,电压在2～5.4V(加正向电压)或2.2～3.6V(加负向电压)时,BIT薄膜应以Schottky emission导电机制为主;而对于较高的场强下,BIT薄膜以Space-charge limited currents(SCLC)导电机制为主.     

SrBi4Ti4O15高取向铁电陶瓷制备与性能研究

用熔盐法和固相法合成SrBi4Ti4O15粉体,对其微观形貌进行了对比.熔盐法合成的粉体片状结构明显,合成温度低,比固相合成合成温度低50℃,一定程度上避免了Bi2O3的挥发.热压烧结的SrBi4Ti4O15陶瓷在(001)面取向非常明显,其压电性能也得到提高.     

Bi2O3掺量对Li0.45Ni0.2Ti0.1Fe2.25O4铁氧体显微结构及磁性能的影响

采用氧化物法陶瓷工艺,在缺铁配方的基础上,制备不同Bi2O3掺量的Li0.45Ni0.2Ti0.1Fe2.25-δO4(δ=0.06)铁氧体样品。结果表明,添加Bi2O3没有在锂铁氧体中形成杂相,烧结后陶瓷样品物相组成单一,结晶状况良好;适量的Bi2O3能有效改善材料微观形貌,促进锂铁氧体的烧结致密化,有助于提高材料的饱和磁化强度4πMs和剩磁比R,降低矫顽力Hc。Bi2O3掺量为1.5%(质量分数)的样品具有较好的综合性能,表观密度d为4.72g/cm3,饱和磁化强度4πMs为2.3T,剩磁比R为0.853,矫顽力Hc为2.3×102 A/m。     

CaCu2.7Ti4O12介电性能和J-E特征

采用传统的固相反应法制备了Cu欠量的CaCu3Ti4O12(CaCu2.7Ti4O12)陶瓷,研究了不同烧结时间对CaCu2.7Ti4O12相结构、显微形貌、介电性能和J-E非线性特征的影响。结果表明,延长保温时间降低了CaCu2.7-Ti4O12陶瓷的中低频介电损耗和击穿场强并且显著提高了其介电常数。采用肖特基热电子发射模型对其非线性特征和电学性能的变化机理进行了分析,认为耗尽层宽度是影响电学性能的主要因素。保温30h的CaCu2.7Ti4O12陶瓷有望作为低压压敏电阻应用于半导体电路中。     

Sol-gel方法制备BiFeO_3/Bi_4Ti_3O_(12)多层薄膜及其电性能

采用溶胶-凝胶方法在FTO/glass底电极上制备了BiFeO3/Bi4Ti3O12和Bi4Ti3O12/BiFeO3多层薄膜。研究了室温下薄膜的结构,铁电性质和介电性质,并将其与纯的BiFeO3薄膜的性质进行了比较。从薄膜的XRD模式中可以观察到共存的BiFeO3相和Bi4Ti3O12相。通过电滞回线测量可以看出,相对于纯的BiFeO3薄膜,BiFeO3/Bi4Ti3O12和Bi4Ti3O12/BiFeO3多层薄膜能够承受更高的测试电场而获得充分极化,从而表现出较强的铁电性,在450kV/cm测试电场下,薄膜的剩余极化强度分别为37μC/cm2和23μC/cm2。     

Na0.5Bi0.5TiO3纳米纤维的制备及形成机理研究

以Bi(NO3)3 5H2O、板状钛酸(H1.07Ti1.73O4 nH2O)、NaOH为原料,采用水热法合成了具有钙钛矿结构的Na0.5Bi0.5TiO3纳米纤维.利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、透射电镜(TEM)和X射线能谱仪(EDS)对产物进行表征.通过考察在200℃下水热反应不同时间的产物的相结构、微观形貌及化学组成,对Na0.5Bi0.5TiO3纳米纤维的形成机理进行了探讨.结果表明:钛酸H1.07Ti1.73O4 nH2O是一类具有层板结构的化合物,在水热反应过程中,板状钛酸的层间H3O+可与Na+、Bi3+进行离子交换,通过原位生长的方式形成了板状Na0.5Bi0.5TiO3颗粒,随着水热反应的进行,板状Na0.5Bi0.5TiO3颗粒裂解形成纳米纤维.所得的Na0.5Bi0.5TiO3纳米纤维分散性好,具有钙钛矿结构,直径为30~150 nm,长度为几个微米到十几个微米.     

Bi4Ti3O12薄膜的取向生长及其电性能研究

采用Sol—Gel工艺，在快速退火的工艺条件下制备了Bi4Ti3O12铁电薄膜，研究了退火温度及时间、薄膜厚度对Bi4Ti3O12薄膜的取向生长行为及其铁电性能、漏电流的影响，探讨了Bi4Ti3O12薄膜取向生长的微观机制．结果表明：退火温度显著影响薄膜的C轴取向生长，其(00ι)品面的取向度F=(P—P0)／(1-P0)由550℃的0．081增加到850℃的0．827，退火时间对其(00ι)晶面的取向度也有较大影响；经750℃以上温度退火处理的Bi4Ti3O12薄膜呈高度c轴取向，对铁电性能有较明显的削弱作用；薄膜的漏电流密度随退火温度升高而增大，但薄膜的c轴取向生长有利于减缓漏电流密度的增长。     

Al2O3掺杂对Ba4Sm9.33Ti18O54陶瓷显微结构和介电性能的影响

采用固相反应法制备了Ba4Sm9.33Ti18O54(简称BST)xwt%Al2O3(x=0~1.5)微波介质陶瓷.研究了掺杂Al2O3对BST陶瓷的显微结构和介电性能的影响.扫描电镜和能谱分析结果显示:未掺杂的BST陶瓷中有少量Sm2Ti2O7相,随着增加Al2O3掺入量,Sm2Ti2O7相消失,BST陶瓷中先后产生了BaTi4O9(x≥0.6)和BaAl2Ti5O14(x≥1.0)两种新相.介电性能测试结果表明Sm2Ti2O7相的消失以及少量BaTi4O9相的形成,能显著提高BST陶瓷的Qf值,但会降低陶瓷的介电常数.当Al2O3的掺入量从0.6wt%增加到1.0wt%时,BaTi4O9相的量逐渐增加,引起BST陶瓷的Qf值略微下降.BaAl2Ti5O14相的产生会同时降低BST陶瓷的介电常数和Qf值.掺入0.6wt%Al2O3的BST陶瓷在1340℃烧结3 h后具有最佳的介电性能:εr=74.7,Qf=10980 GHz,τf=–11.8×10-6/℃.     

非化学计量Bi2O3对制备Bi4Ti3O12粉体影响的研究

制备晶粒形貌生长各向异性的中间化合物Bi4Ti3O12粉体是采用流延成型和模板晶粒生长(TGG)等工艺方法制备(Na0.5Bi0.5)TiO3基无铅压电织构陶瓷的关键技术.以NaCl-KCl熔盐法制备了生长各向异性的Bi4Ti3O12粉体,利用X射线衍射和扫描电子显微镜研究了非化学计量Bi2O3对粉体相结构和微观形貌的影响,优化了制备Bi4Ti3O12粉体的工艺参数,并探讨了Bi4Ti3O12粉体在熔盐中的生长机理.研究表明,随着Bi2O3过量程度的增加,所得Bi4Ti3O12粉体颗粒的平均尺寸和均匀程度均增加,当Bi2O3过量7.5%时达到最佳值,其平均粒径为8～10 μm.     

添加剂对Y2Ti2O7陶瓷的微波介电性能的影响（英文）

研究了CrO3、Nb2O5、SiO2及Al2O3对Y2Ti2O7陶瓷的烧结性能、相组成和微波介电性能的影响.其中Nb2O5掺杂能够降低Y2Ti2O7陶瓷材料的烧结温度,提高基体陶瓷的介电常数和品质因子,引起谐振频率温度系数的明显变化.且随着Nb2O5含量的增多,所有样品的主晶相仍为立方烧绿石型Y2Ti2O7,Nb5+可能进入烧绿石结构中,部分取代Ti4+所在位置.实验结果表明:1mol%Nb2O5掺杂的陶瓷材料在1420℃下烧结致密,具有最佳的微波介电性能:εr=61.8,Q×f=9096GHz(f=5.494GHz),τf=54×10-6/℃.     

Bi掺杂BaTiO3陶瓷缺陷性质的第一性原理研究

采用第一性原理计算了Bi掺杂BaTiO3陶瓷3种不同的晶格缺陷结构,分别为单独的BiBa掺杂缺陷模式(BTB模型),1个BiBa掺杂缺陷与1个VBa钡空位同时存在(BTB1模型),符合化学计量比的BiBa掺杂缺陷与VBa钡空位缺陷模式(BTB2模型)。BTB模型显示缺陷结构是由施主掺杂机制控制的,Bi与周围的O原子形成典型的离子键,Ti 4+被还原成Ti 3+。在BTB1模型中钡空位的存在则影响了Bi在晶格中与O的相互作用,Bi偏离初始的中心位置,与邻近的3个氧原子形成了弱的共价键,而正是由于这些弱的共价键导致缺陷附近的[TiO6]八面体产生较大畸变,削弱了Ti 4+的极化能力,使缺陷附近的[TiO6]八面体极化能力减弱,此时缺陷结构是由Ba2+离子空位补偿机制控制的。而BTB2模型可以看成是BTB模型与BTB1模型的叠加,因此缺陷结构是由施主掺杂机制与Ba2+离子空位补偿机制共同控制的。     

Ag/Bi4Ti3O12/p-Si异质结的制备及其C-V特性研究

为制备符合铁电存储器件要求的高质量铁电薄膜,采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)工艺,制备了Si基Bi4Ti3O12铁电薄膜及MFS结构的Ag/Bi4Ti3O12/P-Si异质结,对Bi4Ti3O12薄膜的相结构特征及异质结的C-V特性进行了测试与分析.XRD图谱显示,Si基Bi4Ti3O12薄膜具有沿c-轴择优取向生长的趋势,而Ag/Bi4Ti3O12/p-Si异质结顺时针回滞的C-V特性曲线则表明,该异质结可实现电极化存储.此外,对该异质结C-V特性曲线的非对称及向负偏压方向偏移的产生原因也进行了分析.在此基础上,为提高铁电薄膜的铁电性能及改善其C-V特性提出了合理的结构设想.