驰豫型铁电体的宏观介电性能与极化机制研究

驰豫型铁电体是很重要的功能材料,其介电性能和极化机制一直是研究的热点。作者通过对掺钛铌镁酸铅系列铁电陶瓷介电、铁电、热电等宏观性能和微观结构详细、系统的实验研究,提出铁电微畴为三方相畸变结构散布于立方钙钛矿母相中,通过类马氏体预相变的位移型形核过程,实现顺电—驰豫型铁电态的弥散相变,进一步通过类马氏体相变,完成驰豫型铁电态无序态分布的微畴向正常铁电态长程序铁电宏畴转变;提出T_1可调整A(B′B″)O_3型复合钙钛矿铁电体B′和B″离子价态和离子半径等不同所产生的内电场和弹性场,使立方母相所承受切应力发生变化,诱发极性微区、铁电微畴随组成变化表现不同活性。对弛豫型铁电体介电谱分析与计算表明,其在介电常数峰值温度Tm附近的介电弛豫过程连续变化,不对应结构突变的相变过程,较接近偶极介质。通过铌锌酸铅基系列铁电陶瓷在准同型相界附近异常特性的研究,进一步揭示弛豫型铁电体中结构特征决定宏观行为的必要性,反映出铁电材料由微观到介观、再到宏观的有趣规律性。在此基础上,对复合钙钛矿弛豫型铁电体偏压介电行为、电致伸缩特性、介电老化行为等进行了系统研究,合理解释了一系列新的实验现象和结果;并对钨青铜结构铌酸锶钡弛豫型铁电陶瓷复介电响应进行了详细的对比分析和讨     

添加助烧剂对CoFe_2O_4/BaTiO_3复相多铁材料性能的影响

采用固相合成法制备出尖晶石结构CoFe_2O_4粉末和钙钛矿结构BaTiO_3,并按照2∶8的摩尔比将粉末混合,随后添加不同的助烧剂。研究多种助烧剂对制备出的CoFe_2O_4/BaTiO_3复相多铁材料成分、微观形貌、介电性能、铁电性和磁性能的影响。结果表明:仅添加助烧剂Bi2O3,难以达到烧结致密的目的;当助烧剂中含有CaCO3-SiO2时,有效提高了CoFe_2O_4/BaTiO_3复相多铁材料的烧结性能,在相同的烧结温度下,CoFe_2O_4/BaTiO_3复相多铁材料致密度得到提升,且介电性能、铁电性、磁性能均有一定程度的优化。     

BaTiO_3铁电体中应变-极化耦合效应的分子动力学模拟

基于一种修正的壳模型分子动力学方法研究了BaTiO_3铁电体的应变-极化耦合效应.采用DL_ POLY软件包,首先模拟了BaTiO_3铁电体的晶格常数和自发极化,取得了与实验较为一致的结果.在此基础上,对BaTiO_3的极化翻转过程和场致应变效应进行了模拟.模拟结果清楚地表明了BaTiO_2铁电体中存在着较强的应变-极化耦合效应.进一步模拟了不同应变条件下的极化强度.结果表明,在压应变条件下,体系的自发极化强度增加,且极化强度与应变量近似地成线性关系.而在拉应变条件下,体系自发极化强度迅速降低.当双轴向拉应变达到0.8%时,体系沿c轴的极化强度消失,同时在a方向出现不为零的极化强度,这表明极化强度发生了90°旋转.     

弛豫铁电体基陶瓷薄膜的溶胶-凝胶制备和电性能研究

采用溶胶-凝胶工艺成功地制备了纯钙钛矿结构的Pb(Mg1/3Nb2/3)0.65Ti0.35O3(简称PMNT)弛豫型铁电陶瓷薄膜,分析了溶胶先驱体中铅含量对PMNT薄膜钙钛矿结构稳定性的影响规律,表明热退火过程的氧化铅气氛层覆盖技术对获得纯钙钛矿结构PMNT薄膜材料至关重要,系统测试了纯钙钛矿PMNT薄膜材料的铁电和介电性能,提出弛豫型铁电PMNT陶瓷薄膜制备中晶粒自由结晶和异常生长动力学机制.     

磁控溅射制备（Pb1—xSrx）TiO3）系铁电薄膜的实验研究

钛酸锶铅（Pb1-xSrx)TiO3,PST)固溶体材料是一种性能优良的钙钛矿型铁电材料,其形成铁电相的温度较低,且易于和半导体工艺结合,应用潜力较大,本采用磁控溅射法制备了PST薄膜,并初步研究了其介电和铁电特性,结果表明,磁控溅射得到的PST薄膜必须进行一定的热处理,才能使之转谈具有铁电性的钙钛矿结构的铁电薄膜,其介电特性与测试频率有关,试样的饱和极化强度可达19uC/cm2,剩余极化强度可达6．6uC/cm2,矫顽场强达16kV/cm,热释电系数达10^-4C/m2.K量级,表明所制备的PST薄膜具有良好的铁电性。     

磁控溅射制备(Pb1-xSrx)TiO3系铁电薄膜的实验研究

钛酸锶铅((Pb1-xSrx)TiO3,PST)固溶体材料是一种性能优良的钙钛矿型铁电材料,其形成铁电相的温度较低,且易于和半导体工艺结合,应用潜力较大.本文采用磁控溅射法制备了PST薄膜,并初步研究了其介电和铁电特性.结果表明,磁控溅射得到的PST薄膜必须进行一定的热处理,才能使之转变为具有铁电性的钙钛矿结构的铁电薄膜.其介电特性与测试频率有关,试样的饱和极化强度可达19μC/cm2,剩余极化强度可达6.6μC/cm2,矫顽场强达16kV/cm,热释电系数达10-4C/m2*K量级,表明所制备的PST薄膜具有良好的铁电性.     

铁电材料光催化的研究进展

光催化材料因能利用太阳能净化环境而备受关注。一些铁电材料可以被太阳光激发,实现目标物的降解,且其自发极化有望解决光催化产生电子和空穴的复合问题,成为光催化材料的研究热点之一。对具有铋层状结构、钙钛矿结构、R3c空间群的菱形结构、层状钙钛矿结构和烧绿石结构的铁电材料光催化的研究现状进行了归纳和综述。     

弛豫多铁性材料研究进展

多铁性材料同时具有多种铁性(铁电性、铁磁性或铁弹性)的有序, 可实现电磁信号的相互控制, 成为近年来研究热点。在具有成分无序的复杂体系中, 长程铁性有序有可能被打破, 材料将表现出弛豫特性。我们将至少存在一种铁性弛豫特性的多铁性材料称之为弛豫多铁性材料。这类多铁性材料的极化强度(或磁化强度)在外加电场(或外加磁场)作用下响应更加灵敏, 其磁电耦合机制与长程有序的多铁性材料不同。本文结合国内外最新研究成果, 首先介绍了和弛豫铁性有序相关的物理概念, 重点阐述了多铁性材料在铁电和铁磁双弛豫态下的磁电耦合机制; 然后, 详细介绍了钙钛矿结构(包括PbB₁B₂O₃基和BiFeO₃基材料)和非钙钛矿结构(包括层状Bi结构和非正常铁电体)弛豫多铁性材料的研究进展; 最后, 对该领域亟待解决的问题进行了展望。     

无铅压电陶瓷Bi0.5(Na0.90-xKxLi0.10)0.5TiO3-KNbO3的微结构与电学性能

采用传统陶瓷工艺制备了Bi0.5(Na0.90-xKxLi0.10)0.5TiO3-KNbO3无铅压电陶瓷,利用XRD,SEM 等测试技术分析表征了陶瓷的结构、表面形貌、介电、压电与铁电性能.结果表明:该体系陶瓷具有单相钙钛矿结构,KNbO3的引入使体系的居里温度和铁电-反铁电相变温度降低;随着钾含量的增加,KNbO3对体系性能的影响越明显.在室温下,该体系表现出良好的压电与铁电性能:压电常数d33和机电耦合系数kp分别达到195pC/N和31.9%,陶瓷样品表现出明显的铁电体特征,剩余极化强度Pr达到34.8μC/cm2,矫顽场强Ec为3.2kV/mm.     

FRAM用铁电薄膜疲劳问题研究进展

综述了FRAM用铁电薄膜的疲劳机理，对比了钙钛矿结构铁电体与铋层类钙钛矿结构铁电体的区别，介绍了铋层奚钙钛矿结构铁电材料的优良抗疲劳性能与该类铁电材料结构的密切关系，和为提高铋层类钙钛矿结构铁电薄膜Bi4Ti3O12的抗疲劳性能所采取的掺杂改性的研究现状，并针对目前铁电薄膜制备中存在的问题提出了今后研究需着重解决的关键问题。     

磁控溅射制备(Pb_(1-x)Sr_x)TiO_3系铁电薄膜的实验研究

钛酸锶铅 ((Pb1 -xSrx)TiO3,PST)固溶体材料是一种性能优良的钙钛矿型铁电材料 ,其形成铁电相的温度较低 ,且易于和半导体工艺结合 ,应用潜力较大。本文采用磁控溅射法制备了PST薄膜 ,并初步研究了其介电和铁电特性。结果表明 ,磁控溅射得到的PST薄膜必须进行一定的热处理 ,才能使之转变为具有铁电性的钙钛矿结构的铁电薄膜。其介电特性与测试频率有关 ,试样的饱和极化强度可达 19μC cm2 ,剩余极化强度可达 6 6 μC cm2 ,矫顽场强达 16kV cm ,热释电系数达10 - 4 C m2 ·K量级 ,表明所制备的PST薄膜具有良好的铁电性。     

热释电陶瓷

在严格地定义热释电效应、一级和二级热释电系数的基础上,从应用要求出发对不同材料包括单晶(如TGS、LiTaO_3、LiNbO_3、Ba_2NaNb_5_(15).Sr_(0.5)Ba_(0.5)Nb_2O_6)、陶瓷(如PZT、PZT95/5、PbTiO_3、改性PZT、PLT等)的热释电性能作了比较。介绍了热释电陶瓷材料在红外传感器、红外探测器以及红外摄象等方面的应用。     

(Na0.5Bi0.5)TiO3基弛豫铁电体相变的研究进展

钛酸铋钠((Na0.5Bi0.5)TiO3,NBT)是一种典型的A位复合钙钛矿结构弛豫铁电体,具有复杂的相变序列,介电温度峰呈现明显的弛豫性.总结了NBT弛豫铁电体的相变及NBT基复合铁电体准同型相界的研究进展;从晶体结构出发,通过与B位复合型钙钛矿结构弛豫铁电体类比,对A位复合型NBT的弛豫机理进行了探讨,提出NBT弛豫性来源于其A位离子有序-无序引起的B位离子位移的变化.     

钙钛矿型Pb基反铁电储能材料研究进展

反铁电材料在发生场致反铁电-铁电相变过程中伴随着巨大应变和能量的储存和释放,故在高密度储能器件和机电换能器上极具应用潜力。综述了具有钙钛矿结构的Pb基反铁电体结构特点与性能调控,特别是Pb(Zr,Ti)O3(PZT)基反铁电储能材料的研究进展与存在问题。重点讨论了几类典型元素掺杂Pb基反铁电薄膜材料研究的最新进展。简要介绍了适应无铅化要求、环境友好的无铅钙钛矿型反铁电-铁电相变材料。最后对当前钙钛矿型Pb基反铁电材料研究与应用中尚需深入探究的问题进行了总结。     

PHASES AND PROPERTIES OF SYSTEM Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_3—PbTiO_3 —Ba(Ti(0.85)Sn(0.15))O_3

本文合成并研究了Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbTiO_3-Ba(Ti_(0.85)Sn_(0.15))O_3(PZN-PT-BTS)陶瓷的晶相组成及其介电、压电和铁电性能。Sn~(4+)离子的存在,使PZN-PT-BTS 陶瓷晶粒难以具有完全的钙钛矿结构。微量焦绿石的存在,对其电性能的影响并不很大。PZN-PT-BTS 具有良好的介电、压电和铁电特性。     

Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3)O_3-PbTiO_3-Ba(Ti_(0.85)Sn_(0.15)O_3陶瓷的晶相组成与电性能

本文合成并研究了 Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbTiO_3-Ba(Ti_(0.85)Sn_(0.15))O_3(PZN-PT-BTS)陶瓷的晶相组成及其介电、压电和铁电性能。Sn~(4+)离子的存在,使 PZN-PT-BTS 陶瓷晶粒难以具有完全的钙钛矿结构。微量焦绿石的存在,对其电性能的影响并不很大。PZN-PT-BTS 具有良好的介电、压电和铁电特性。     

溶胶-凝胶法制备Bi0.975La0.025Fe0.975Ni0.025O3铁电薄膜的结构及物理性能

采用溶胶-凝胶法在Pt/Ti/SiO_2/Si(111)衬底上制备了Bi_(0.975)La_(0.025)Fe_(0.975)Ni_(0.025)O_3(BLFNO)铁电薄膜。利用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)及其压电模式(PFM)对薄膜的晶体结构、表面形貌以及铁电畴结构进行了研究。研究发现,BLFNO为结晶良好的钙钛矿结构多晶薄膜,且薄膜表面颗粒生长均匀。PFM测试图显示铁电薄膜在自发极化下的铁电畴结构清晰,铁电电容器具有良好的铁电性能。应用铁电测试仪对Pt/BLFNO/Pt电容器进行测量,得到了饱和性良好的电滞回线。在828kV/cm的外加电场下,Pt/BLFNO/Pt电容器的剩余极化强度为74.3μC/cm~2,表明La、Ni的共掺杂没有明显抑制铁电电容器的剩余极化强度,铁电电容器具有良好的铁电性能。漏电流研究结果表明,La、Ni元素的共掺杂有效降低了薄膜的漏电流密度,在277.8kV/cm外加电场下漏电流密度在10-4 A/cm2量级,明显小于纯BFO薄膜的漏电流密度。正半支漏电流曲线满足SCLC导电机制,对于负半支曲线,当电场强度大于22.2kV/cm时,同样遵循SCLC导电机制;但是,当电场强度小于22.2kV/cm时,曲线斜率约为4.8,表明参与导电贡献的电子数较多,归因于极浅陷阱俘获的电子在外加电场作用下参与了导电行为。室温下磁滞回线测试结果表明BLFNO薄膜具有反铁磁性质。     

超薄钛酸铅纳米管铁电性和力电耦合特性的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理的方法研究了超薄钛酸铅(PbTiO₃)纳米管的铁电性及力电耦合特性。研究发现对于钛酸铅铁电纳米管结构, 即使在其特征尺寸小于铁电薄膜的铁电临界尺寸时, 依然存在自发极化。钛酸铅铁电纳米管结构不存在铁电临界尺寸。对纳米管力电耦合效应的研究发现, 轴向应变作用会引起包括极化沿轴向方向的铁电相、顺电相和极化沿周向方向的铁电相在内的丰富的相转变。这种相的转变是由于轴向应力所导致的Pb-O共价键的变化所引起的。另一方面, 研究了钛酸铅纳米管结构的机械强度, 明确了在轴向拉伸和压缩作用下纳米管的临界载荷。     

掺杂氧化铪基薄膜铁电性能的研究进展

铁电薄膜的研究多集中于钙钛矿结构材料,然而,这些传统的铁电材料存在与硅Si兼容性差、含铅而污染环境、物理厚度大、电阻低、带隙小等问题。不同的掺杂剂,如Si、Zr、Al、Y、Gd、Sr和La可以在HfO₂薄膜中诱导铁电或反铁电性,使其剩余极化率达到45μC·cm^-2,矫顽力(1～2 MV·cm^-1)比传统铁电薄膜大约1个数量级。同时,HfO₂薄膜厚度可以非常薄(低于10 nm),并具有很大的带隙(约5 eV)。这些优于传统铁电材料的特质可以克服包括铁电场效应晶体管和三维电容传统铁电材料等在薄膜存储器应用中的障碍。除此之外,反铁电薄膜的热电耦合性将有望用于能量收集、存储、固态冷却和红外传感器等多种应用中。HfO₂掺杂薄膜可以通过不同的沉积技术如ALD、溅射和CSD来制备,其中ALD技术沉积的薄膜优势更加明显。本文综述了近年来掺杂HfO₂薄膜材料铁电性和反铁电性的研究进展,详细介绍了不同掺杂元素、薄膜厚度、晶粒尺寸、电极、退火及应力等对薄膜铁电性的影响。     

弛豫型铁电陶瓷PMN材料的P～E回线特性

按照Swarts和Shrout提出的方法制得了单相的钙钛矿结构Pb（Mg_1／3Nb_2／3）O₃陶瓷样品,这种弛豫型铁电体陶瓷显示了不同于正常铁电体的P～E回线随频率变化特性．