溶胶凝胶制备Bi_4Ti_3O_(12)铁电薄膜及性能研究

研究了sol-gel法制备Bi_4Ti_3O_(12)铁电薄膜和该薄膜的电学性质、光学性质,以及Bi_4Ti_3O_(12)晶体的热力学唯象理论。主要内容如下:①以正丁醇钛和硝酸铋为原料,合成了稳定均匀的Bi-Ti溶胶和凝胶。研究了乙醇胺的催化作用机理和前驱体溶液的水解、聚合反应机理。发现乙醇胺与Bi~(3+)离子的络合反应阻止Bi离子的水解。研究了干凝胶的晶化过程,发现干凝胶在晶化过程中有三个中间相存在。②分别在Pt/Ti/Si、Si、Y-ZrO_2、SrTiO_3(100)和石英玻璃基片上生长出c轴取向的Bi_4Ti_3O_(12)薄膜。薄膜的取向程度受到衬底表面结构和Bi_4Ti_3O_(12)晶体的晶面能的制约。前驱体溶液的酸碱度对薄膜的结晶性有较大影响。③研究了Bi_4Ti_3O_(12)/n-Si薄膜的C—V特性,从理论上分别推导出理想的和有载流子注入的MFS结构的C—V曲线的回滞方向。④研究了c轴取向Bi_4Ti_3O_(12)纳米薄膜的光学吸收性能和量子尺寸效应引起的光能隙漂移现象。薄膜的能隙宽度强烈依赖于薄膜的晶粒大小。⑤用Landau-Ginsburg-Devonshire形式系统地研究了在应力条件下Bi_4Ti_3O_(12)的铁电性质、介电性质和压电性质,以及在应力诱导下的Bi_4Ti_3O_(12)居里温度的漂移现象。     

Li_4Ti_5O_(12)的溶胶-凝胶合成及性能研究

研究了一种制备锂离子电池负极材料的Li4Ti5O12新工艺.以醋酸锂和钛酸丁酯为原料,异丙醇为溶剂,采用溶胶-凝胶法制备前驱体,再通过一定的热处理后制备了锂离子电池负极材料Li4Ti5O12采用XRD、SEM及电化学性能测试等分析手段考察了不同热处理温度对产品性能的影响.结果发现,经过850℃热处理24h后得到的产品粒径分布均匀、结晶度好;并且表现出较好的电化学性能,在1～2.5V之间充放电,0.1、1.0和2.0C首次放电比容量分别达到174.5、154.9和124.38mAh/g,并且大电流充放电时具有较好的循环性能.研究表明该方法是适合制备高活性的Li4Ti5O12工艺方法.     

硅衬底Bi_4Ti_3O_(12)和Bi_(3.25)La_(0.75)Ti_3O_(12)铁电薄膜的慢正电子束研究

对硅衬底生长的Bi4Ti3O12和Bi3.25La0.75Ti3O12薄膜样品测量了慢正电子多普勒展宽谱,得到了S参数随正电子注入能量的变化。通过对S参数和W参数的分析,讨论了这类材料中的捕获态特征和结构特点,结果表明,薄膜与硅衬底界面的缺陷为空位-氧复合体,La的掺杂有助于阻止空位-氧复合体向界面的扩散。     

前驱体中Bi含量对Bi_(3.4)Ce_(0.6)Ti_3O_(12)薄膜结构和性能的影响

近年来研究表明对Bi_4Ti_3O_(12)(BTO)进行适量镧系元素掺杂得到的铁电薄膜具有较大的剩余极化值和优良的抗疲劳性能,因而是制作铁电存储器的理想材料之一,也是近年来国际上新型功能材料研究的热点。报道了采用sol-gel工艺制备Bi_(3.4)Ce_(0.6)Ti_3O_(12)薄膜,以硝酸铋(Bi(NO_3)_3)、硝酸铈(Ce(NO_3)_3)和钛酸四丁酯(Ti(OC_4H_9)_4)为原料,以乙二醇甲醚和乙酰丙酮为溶剂制备出BCT前驱体,其中铋含量分别为90%,100%和110%(摩尔分数);采用旋转涂膜法在Pt/Ti/SiO_2/Si衬底上制备BCT薄膜,将制备的湿膜放入350℃的炉内烘烤15min,使有机溶剂挥发和有机物分解,得到无定形态薄膜,重复上述涂膜和烘烤过程,得到所需厚度的薄膜。实验中制备的BCT薄膜样品厚度为600 nm。薄膜样品的退火处理条件:在氧气气氛中,从室温以10℃/min的升温速率升至650℃,保温30min,然后随炉冷却至室温。利用D/Max-RB型X射线衍射仪对制备的系列BCT薄膜样品进行晶相分析,采用CuKα辐射(波长λ为0.154nm);利用扫描探针显微镜(AFM...     

化学溶液沉积法制备的Bi_4Ti_3O_(12)铁电薄膜的电学性能研究

采用化学溶液沉积工艺在电阻率为 6～ 9Ω·cm的n -Si(10 0 )衬底上生长Bi4Ti3O1 2 铁电多晶膜 ,研究了薄膜的电学性能 ,结果表明在 6 50℃下退火 1h得到的Bi4Ti3O1 2 薄膜具有良好的介电和铁电性能 ,其介电常数ε =12 9,剩余极化Pr=5.1μC/cm2 ,矫顽电场Ec=96kV/cm。     

退火气氛对Al-F共掺杂ZnO透明导电薄膜性能的影响

通过溶胶．凝胶法，采用Al、F共掺杂的方法在4种不同的气氛下制备ZnO薄膜，研究了薄膜的晶体结构、表面形貌、电阻率和透光性随退火气氛的变化关系．制备的Al：F：ZnO薄膜是具有六角纤锌矿结构的多晶薄膜．4种退火气氛相比，在空气气氛下退火时，平均晶粒尺寸最大，为43．4nm，导电性能最好，电阻率可低达6．5×10^-2Ω·cm。4种退火气氛下，薄膜在可见光范围内的平均透过率均达到了75％以上，其中，空气气氛下退火时薄膜的透光性最好。     

浓度梯度掺杂实现BiFeO3薄膜自极化(英文)

BiFeO₃是一种非常有前途的无铅铁电材料,与大多数传统铁电材料相比,它具有更大的极化和更高的居里温度,为高温应用提供了可能。受到衬底强烈的夹持效应、较大的矫顽场和漏电流的影响, BiFeO₃薄膜难以被极化。自极化是解决这一问题的可行方法。本研究采用溶胶-凝胶法在Pt(111)/Ti/SiO₂/Si衬底上生长了BiFeO₃薄膜,向上梯度薄膜(从衬底BiFeO₃过渡到薄膜表面Bi_0.80Ca_0.20FeO_2.90)以及向下梯度薄膜(从衬底Bi_0.80Ca_0.20FeO_2.90过渡到薄膜表面BiFeO₃)。通过细致地调控薄膜内部缺陷的定向分布形成内置电场,从而导致薄膜具有自极化特性。压电力显微镜结果表明：在BiFeO₃薄膜中,Ca的梯度方向可以调控自极化的方向。此外,类似二极管的单向导通特性验证了薄膜的自极化...     

La掺杂对TiO_2薄膜性能的影响

用溶胶-凝胶法制备TiO2以及La掺杂TiO2的前驱体凝胶,将其均匀旋涂不同层数制备出不同厚度的薄膜,研究了La掺杂对TiO2薄膜结晶性能,表面形貌,光学特性和亲水性能的影响.结果表明:在500℃可以获得结晶性良好的锐钛矿相TiO2薄膜;随着La掺杂量的增加,薄膜中TiO2晶粒会变大,同时引起紫外可见光谱中吸收边的蓝移.掺La的TiO2薄膜经紫外照射后其接触角明显高于未掺杂样品,主要原因是到达表面的活性载流子相对减少.一方面,大的TiO2晶粒使得光生载流子到达光催化表面的路程变长,电子一空穴对的复合几率也随之变大;另一方面,未完全替代Ti的La可能成为光生电子一空穴对的复合中,因此,通过La的掺杂可以有效调节TiO2晶粒尺寸和光致接触角. 能,表面形貌,光学特性和亲水性能的影响.结果表明:在500℃可以获得结晶性良好的锐钛矿相TiO2薄膜;随着La掺杂量的增加,薄膜中TiO2晶粒会变大,同时引起紫外可见光谱中吸收边的蓝移.掺La的TiO2薄膜经紫外照射后其接触角明显高于未掺杂样品,主要原因是到达表面的活性载流子相对减少.一方面,大的TiO2晶粒使得光生载流子到达光催化表面的路程变长,电子一空穴对的复合几率也随 变大;另一方面,未完全替代Ti的La可能成为光生电子一空穴对的复合中,因此,通过La的掺杂可以有效调节TiO2晶粒尺寸和光致接触角     

溶胶-凝胶法制备CaCu_3Ti_4O_(12)粉体及其电性能

利用溶胶-凝胶法制备CaCu3Ti4O12粉体,采用差热分析、X射线衍射、扫描电子显微镜等技术进行表征,并探讨CaCu3Ti4O12粉体的烧结特性及电性能。结果表明,干凝胶经750℃低温煅烧可获得粒径分布较窄、平均粒径为80～100 nm的CaCu3Ti4O12粉体。CaCu3Ti4O12陶瓷在1 000℃时实现致密烧结,比固相反应法制备的粉体烧结温度降低100～200℃,具有较宽的烧结温区。溶胶-凝胶法制备的陶瓷经1 050℃烧结2 h,获得优良的电性能,相对介电常数为20 190,介电损耗为0.022,非线性系数为4.530。     

Sol-gel法制备Si基Bi_(3.15)Nd_(0.85)Ti_3O_(12)铁电薄膜

采用Sol-gel法分别在Si(100)和Si(111)衬底上制备Bi_(3.15)Nd_(0.85)Ti_3O_(12)(BNT)铁电薄膜。研究了衬底、退火温度、退火保温时间和薄膜厚度等因素对BNT铁电薄膜结晶和微观结构的影响。在500℃退火的BNT薄膜已经结晶形成层状钙钛矿相;升高退火温度(500～800℃)、延长保温时间(30～150min)、增加薄膜厚度(170～850nm),都有利于BNT薄膜晶粒长大,其中退火温度和薄膜厚度是影响晶粒长大的关键因素;每次涂覆的厚度大约是85nm。与Si(100)衬底相比,由于Si(111)与BNT薄膜具有更好的晶格匹配,因此BNT薄膜在Si(111)衬底上更容易结晶。     

己二酸辅助溶胶-凝胶法合成Li_4Ti_5O_(12)及其电化学性能

以己二酸为络合剂,通过溶胶-凝胶法合成了具有优良电化学性能的电极材料Li4Ti5O12。采用XRD、SEM、恒流充放电测试对材料的结构、形貌和电化学性能进行了表征。结果表明:通过该法制备的样品为颗粒细小均匀的立方尖晶石Li4Ti5O12纯相,并显示出优良的电化学性能;0.1C倍率下首次放电比容量为169.59mAh/g,经过30充放电循环后仍然保持在158.17mAh/g。在2.0C倍率下,其可逆容量仍可达到124mAh/g,表现出良好的倍率性能。     

Pr掺杂对ZnO透明导电薄膜光电性能的影响

采用溶胶-凝胶法在石英玻璃基片上制备出了Pr掺杂ZnO透明导电薄膜,研究了Pr掺杂对ZnO透明导电薄膜结构、形貌、光学和电学性能的影响。实验结果表明,Zn1-xPrxO薄膜均为纤锌矿结构,当Pr掺杂含量为1%时,Zn1-xPrxO薄膜的结晶质量最好、可见光平均透过率最高、电阻率最低,具有最佳的光电综合性能。     

铝掺杂氧化锌薄膜的光学性能研究

采用溶胶-凝胶法,在玻璃基底上制备了掺杂不同质量分数Al的ZnO薄膜,并采用X射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见光谱仪(UV-Vis)、光致发光光谱(PL)等方法测试和分析了不同Al掺杂浓度对ZnO薄膜的形貌结构、光学性能影响。结果表明,Al的掺杂引起了晶体生长过程中择优取向的改变,掺杂ZnO薄膜的表面颗粒随Al掺杂量的增加而增大,可见光范围内的平均透射率78%,光致发光光谱分析表明,纯的ZnO薄膜有很强的紫外发光,而随Al的质量分数的增加,紫外发光强度迅速下降。     

溶胶-凝胶法制备Y掺杂ZnO薄膜及其光电性能研究

采用溶胶-凝胶法在玻璃衬底上制备了不同掺Y浓度的ZnO透明导电薄膜。X射线衍射(XRD)表明,所制备的Y掺杂ZnO透明导电薄膜为六角纤锌矿结构的多晶薄膜,且具有C轴择优取向。随着Y掺杂浓度的升高,(002)峰向低角度方向移动。UV透射曲线表明,薄膜在可见光区(400～800nm)的平均透过率超过85%,具有明显的紫外吸收边,通过改变Y的掺入浓度,可以使吸收边向短波方向移动,从而使薄膜的禁带宽度可调。制备的Y掺杂ZnO薄膜电阻率最小值为3.68×102Ω·cm。     

纳米LiCo_xMn_(2-x)O_4粉体的制备与电化学性能

采用溶胶一凝胶法并结合热处理工艺制备LiCoxMn2-xO4粉体,结合热处理工艺制备Li-LiCoxMn2-xO4粉体.利用热重一差热分析、X射线衍射、透射电镜、充放电测试等方法对前驱体的热分解行为、粉体的结构、形貌及电化学性质进行了表征,同时研究了钴掺杂量对其结构和电化学性能的影响.结果表明,直接以聚丙烯酸(PAA)为螯合剂合成了稳定的溶胶和凝胶,进一步获得了粒径分布均匀、无团聚的尖晶石LiCoxMn2-xO4纳米粉体.随着钴掺杂量的增加,晶格常数、晶粒尺寸逐渐减小,晶格畸变逐渐增大,但对尖晶石结构影响较小;LiCoxMn2-xO4粉体的放电比容量随着x值增大略有降低,但循环性能得到明显的改善.在电流密度0.1mA/cm2、截止电压3.5～4.3V时,粒径约80hm的LiCo0.1Mn1.9O4粉体首次放电比容量达135mAh/g,20次循环后的稳定放电比容量为118mAh/g,且每次容量衰减低于0.2%,具有较好的电化学性能.     

稀土元素掺杂TiO2薄膜的制备及其光学性能研究

采用溶胶-凝胶法制备得到Y3 和Ho3 掺杂的TiO2薄膜,XRD分析表明薄膜结晶性能良好,具有锐钛矿晶型。薄膜表面AFM分析表明,薄膜的晶粒具有纳米尺寸。采用紫外-可见分光光度计对掺杂和未掺杂的TiO2薄膜进行紫外-可见吸收光谱分析,表明Y3 和Ho3 掺杂的TiO2薄膜在紫外光区吸光度有所提高,同时在可见光区光吸收范围出现了红移,相同掺杂浓度的Y3 和Ho3 掺杂的TiO2薄膜,前者在400~450nm的可见光区具有更高的吸光度。     

淬火对BiFeO3薄膜电效应的影响

采用溶胶．凝胶法和快速退火方法在LaNiO3/Si（100）衬底上制备了BiFeO3（BFO）薄膜。研究了淬火冷却与随炉冷却两种不同的冷却方式对BiFeO3薄膜的结构、形貌与电性能的影响。XRD研究表明淬火未对薄膜的结晶产生显著的影响。扫描电镜研究表明，淬火导致薄膜表面出现了裂纹，同时粗糙度增加。铁电性测试表明，淬火冷却的薄膜的铁电性得到了增强。通过对薄膜漏电流的观察发现，淬火的薄膜的漏电流相对自然冷却的薄膜减少。     

退火条件对Sn掺杂ZnO薄膜光电性能的影响

采用溶胶-凝胶法在普通载玻片上制备Sn掺杂ZnO薄膜(SZO薄膜)。研究空气退火、低真空退火、高真空退火、氮气退火、三高退火、循环退火6种不同退火条件对SZO薄膜光电性能的影响。结果表明:6种不同的退火条件制备的SZO薄膜均为纤锌矿结构且具有c轴择优取向生长的特性。高真空退火下,SZO薄膜的结晶状况和电学性质最优,最低电阻率可达到5.4×10~(-2)Ω·cm。薄膜的可见光区平均透过率均大于85%。薄膜在390nm和440nm附近(325nm光激发下)都出现光致发光峰,在空气、氮气、低真空中退火后薄膜440nm处发光强度最为显著。     

离子掺杂对纳米TiO2薄膜光催化活性的影响研究

研究了Ag 、Cu2 、La3 、Ni2 及W6 5种离子掺杂对釉面瓷砖表面TiO2薄膜光催化活性的影响,并采用XRD和UV-VIS检测技术对所制备的TiO2薄膜材料进行了表征.结果表明,掺杂离子能有效提高TiO2薄膜的光催化活性,且离子的掺杂存在一个最佳浓度.UV-VIS及XRD衍射发现,掺杂后的纳米TiO2薄膜有不同程度的吸收光谱带边蓝移及粒径减小的现象,具有量子尺寸效应.     

Mg2+掺杂对SrTiO3薄膜光电特性的影响

利用溶胶-凝胶法在Al2O3陶瓷片上制备掺Mg的SrTiO3薄膜。在SrTiO3中掺杂不同含量的Mg离子,Mg在钛酸锶中取代钛位,形成受主掺杂。研究了掺杂对薄膜电阻率的影响,实验表明,当掺杂浓度为4%时,电阻率最小。当掺杂浓度为4%时,薄膜电阻率会随着光功率变化而变化,当光功率<100W时,电阻迅速减小,超过100W时,减小幅度变小。