铁电薄膜中的电畴研究进展

铁电薄膜是一类重要的功能材料,铁电畴是其物理基础.综述了铁电薄膜中电畴的表征方法(高分辨透射电镜、扫描力显微镜、X射线衍射、拉曼光谱等)、类型(c畴和a畴、180°畴和90°畴等)、临界尺寸(单畴临界尺寸和铁电临界尺寸)等方面的研究进展,提出了研究中需要解决的一些问题.     

铁电体中相变临界尺寸的研究现状

从铁电薄膜和铁电颗粒两大方面回顾了处理尺寸效应的理论研究方法(包括宏观的热力学唯像理论、微观的横场Ising模型和第一性原理计算)和铁电相变临界尺寸的理论预测. 总结了从50年代以来实验中观测到的各种铁电材料的临界尺寸, 简单介绍了铁电纳米陶瓷的一些尺寸效应, 并叙述了近几年才开始报道的铁电纳米线中的铁电相变. 最后指出了目前研究现状中存在的一些问题.     

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     

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。     

钛酸钡高压相变的研究进展

钛酸钡是应用和研究最多的铁电体之一.从压力与介电常数的关系、晶胞参数与压力的关系、高压拉曼散射和高压X射线衍射实验等方面对高压下钛酸钡铁电相-顺电相的研究进行了综述.由于目前的研究只局限于实验方面,因此,在理论上探讨高压下铁电体的铁电相-顺电相转变机理和随晶粒尺寸变小钛酸钡材料的铁电相-顺电相转变压力的变化等方面将是未来研究的方向.     

铁电体尺寸对其开关特性的影响

应用铁电体极化反转的Orihara Ishibashi理论 ,讨论了圆形铁电薄膜和球形铁电体的开关电流以及开关时间对系统尺寸的依赖性。数值计算表明 ,不论是二维还是三维铁电系统 ,其铁电畴反转过程中产生的开关电流都随系统尺寸减少而下降 ,开关时间随系统尺寸减少而缩短     

Na0.5 Bi0.5 TiO3-K0.5 Bi0.5 TiO3系铁电体的相变研究

研究了(Na1-xKx)0.5Bi0.5TiO3体系x分别为0、0.08、0.16和0.20时陶瓷不同频率下的介电温谱,发现材料为弛豫型铁电体,材料的介电谱在室温到500℃的温度范围内存在一个介电常数-温度"台阶",一个介电常数-温度峰和一个介电损耗-温度峰,通过分析陶瓷不同温度下的电滞回线验证陶瓷在升温过程中产生了铁电-反铁电-顺电相变,采用铁电体成分起伏理论和内电场理论解释了这类弛豫型铁电体相变的原因.     

溶胶凝胶法制备掺铅钛酸钡纳米晶及其结构相变

采用溶胶－凝胶工艺制备了不同晶粒大小的、掺铅（５ｍｏｌ％）钛酸钡（ＢＰＴ）纳米晶．用ＴＥＭ、ＸＲＤ和ＤＳＣ研究了ＢＰＴ样品的晶粒大小、结构及其相变特性．结果表明,纳米晶ＢＰＴ随着晶粒尺寸的减小,由铁电四方相向顺电立方相过度,并且相变变得弥散．其顺电－铁电相变随着晶粒尺寸的减小而消失．另一方面,随着晶粒尺寸的增加,其铁电四方－铁电正交相交消失,即抑制了其正交相的形成．     

铁电体尺寸对其开关特性的影响

应用铁电体极化反转的Orihara-Ishibashi理论，讨论了圆形铁电薄膜和球形铁电体的开关电流以及开关时间对系统尺寸的依赖性。数值计算表明，不论是二维还是三维铁电系统，其铁电畴反转过程中产生的开关电流都随系统尺寸减少而下降，开关时间随系统尺寸减少而缩短。     

Nao．5 Bio．5 TiO3 -Ko．5 Bi0．5 TiO3系铁电体的相变研究

研究了(Na1-xKx)0.5 Bi0．5 TiO3体系x分别为0、0．08、0．16和0．20时陶瓷不同频率下的介电温谱，发现材料为弛豫型铁电体，材料的介电谱在室温到500℃的温度范围内存在一个介电常数-温度“台阶”，一个介电常数-温度峰和一个介电损耗一温度峰，通过分析陶瓷不同温度下的电滞回线验证陶瓷在升温过程中产生了铁电-反铁电-顺电相变，采用铁电体成分起伏理论和内电场理论解释了这类弛豫型铁电体相变的原因。     

固相反应法制备系列K2La2Ti3O10

通过固相反应法合成了一系列不同尺寸的钙钛矿型层状化合物KLa2Ti3O10考察了原料TiO2粒径对固相反应速率及产物尺寸、形貌的影响,得到了不同粒径下原料的最佳配比;以XRD,TEM等手段进行表征,研究制备过程可能的反应历程.结果表明:降低原料粒径,固相反应速率加快、温度降低,有利于合成小尺寸、比表面积大(可达11.83m2·g-1)的层状K2La2Ti3O10.     

Single‐Crystalline Barium Titanate Nanowires

Single‐crystalline barium titanate nanowires are synthesized using a solution‐based method, and their ferroelectric properties are investigated by scanning probe microscopy. Pristine nanowires have diameters ranging from 5 to 70 nm and lengths exceeding 10 μm, and they possess perovskite structures with a principal axis aligned along the wire axis. Scanning probe microscopy investigations show that local non‐volatile electric polarization can be reproducibly induced and manipulated on nanowires as small as 10 nm in diameter.     

KDC法合成钛酸钾纤维的研究

本文研究了ＫＤＣ法合成钛酸钾纤维的过程、生长反应和合成条件;应用ＫＤＣ法合成了Ｋ２Ｔｉ２Ｏ５,Ｋ２Ｔｉ４Ｏ９、Ｋ２Ｔｉ６Ｏ１３等纤维状物质。     

钛酸锶薄膜的制备与应用研究进展

介绍了钛酸锶(STO)薄膜的五种制备方法(等离子体增强化学气相淀积、射频磁控溅射、金属有机化学气相沉积、脉冲激光沉积、溶胶-凝胶)及STO薄膜在电容-电压敏双功能材料、CMOS器件、氧敏材料、PZT铁电薄膜电极材料等方面的应用的研究进展.提出了需进一步开展的研究课题如:晶粒晶界控制、界面控制、漏电导机制、疲劳机制、非线...     

铅系弛豫体基与钛酸钡基独石电容器介电特性的比较

对比研究了典型铅系钙钛矿型弛豫铁电陶瓷独石电容器及钛酸钡基独石电容器的介电特性随温度、电场等条件下的变化规律。结果表明,尽管在弱电场下弛豫体陶瓷与钛酸钡陶瓷的介电行为存在较大的差别,但在强电场下这种差别会减小。从应用的角度看,两种电容器的介电性能在强电场下的相似性是弛豫体电容器取代传统钛酸钡电容器进入大规模应用的重要保证。同时,弛豫铁电陶瓷具有较高的介电常数,这一优势可为电容器设计中提高元件综合性     

水热法合成四方相超细BaTiO3粉体的研究进展

近年来，水热法合成四方相钛酸钡是一个研究热点问题，主要综述了水热法合成四方相钛酸钡粉体的研究进展，指出目前关于四方相和立方相相变的机理尚不完全清楚，临界尺寸还有待于进一步证实，四方相及其含量的测定还依赖于更为先进的设备和测试方法。     

纳米钛酸钡粉体的水热合成研究

采用氢氧化钡和四氯化钛作为钡源和钛源,氨水作矿化剂,在200～280℃保温4h条件下合成粒径为60～90nm钛酸钡粉体。TEM、XRD、钡/钛摩尔比(Ba/Ti)和比表面积的测试结果表明,在单一水介质中水热合成钛酸钡晶体的结晶过程遵循“溶解-结晶”机制,存在第II类聚集长大过程。前驱体浓度、合成温度和合成反应时间是影响粉体粒径的重要因素。粉体的Ba/Ti比过低会导致粉体中出现BaCO3杂质相,且Ba/Ti越低,钛酸钡晶体晶胞膨胀程度越大。     

钛酸锶钡(BST)薄膜的组成、结构与性能研究进展

钛酸锶钡 (BST)薄膜是一种重要的铁电薄膜 ,应用广泛 ,是高新技术研究的前沿和热点之一。简要介绍了BST薄膜的制备方法和应用 ,对此薄膜的基片、电极、晶界、界面、热处理、膜厚及组成、结构、性能等方面作了重点讨论 ,提出了研究中需要解决的一些问题     

钛酸铝材料的结构、热膨胀及热稳定性

详细回顾了关于铁酸铝材料结构、热膨胀和热稳定性的研究。A12TiO5属于正交晶系假板钛矿结构。其晶格热膨胀各向异性行为，导致多晶铁酸铝陶瓷材料的微裂纹化，从而具有低膨胀、低热导率和优良的抗热震性等特性。但Al2TiO5低温下属于动力学稳定态，当温度低于1280℃易于分解为α-A12O3和金红石型TiO2。引入异质同构的化合物MgTi2O5或Fe2TiO5固熔于A12TiO5晶格，可以降低热力学分解温度和增加结构熵，有效地抑制Al2TiO5的分解。Al2TiO5在还原气氛下的分解机理上不明确，需要进一步的研究。     

PZT铁电薄膜Sol-Gel技术制备和电性能研究

以乙酸铅(Pb(CH₃COO)₂·3H₂O)、钛酸四丁酯(Ti(OC₄H₉)₄)、硝酸锆(Zr(NO₃)₄·5H₂O)替代锆醇盐为原料,通过在Pt/Ti/SiO₂/si基片与PZT薄膜之间引入PT种子层,采用改进的sol-gel工艺制备出无裂纹,致密性好,晶粒尺寸小且分布均匀的单一钙钛矿结构的Pb(Zr_0.53Ti_0.47)O₃铁电薄膜.实验结果表明,具有PT种子层的PZT铁电薄膜电性能较好.经600℃热处理的具有PT种子层的PZT薄膜,在1kHz测试频率下,其剩余极化强度和矫顽场分别为20μC/cm²和59kV/cm,介电常数和介电损耗分别为385和0.030.