铁电单晶Li_(0.025)Na_(0.975)NbO_3

研究了 Czochralski 方法生长的 Li_(0.025)Na_(0.975)NbO_3单晶的介电和铁电性能。X 射线衍射和铁电测量表明该晶体的点群为 mm2。电滞回线给出室温自发极化和矫顽场分别为 Ps=2.6×10~(-2)C/m~2和 Ec=1.5kV/mm。低频介电常数在(372±10)℃显示一个峰值,峰值温度相应于铁电—顺电相变温度。介电频谱表明该晶体在300MHz 附近呈现介电弛豫,而且在约2MHz 以下介电常数虚部随频率升高而下降。这可以归因于晶体缺陷造成的等效电偶极子和直流电导。     

铁电体的极化疲劳和历史记忆效应

电滞回线是研究铁电性的重要方法,但其中非线性电导,非线性顺电电容等非铁电性的影响难以消除.为此提出了微分电滞回线方法以取代传统的电滞回线.基于该方法,可将回线中各种非铁电性的贡献定量地分离出来,从而得到纯铁电性的贡献.对锆钛酸铅(PZT)和钛酸钡(BST)陶瓷样品的测量结果表明,纯铁电微分回线可用若干个高斯函数精确拟和,铁电体的极化疲劳就表现为高斯函数个数、峰位、峰高、半高宽等参数在外加作用下持续变化.实验还进一步证明,疲劳效应与铁电体所经历的热力学历史密切相关.     

电滞回线的测量——Sawyer-Tower电路的改进

本文分析了电滞回线的特征及其测量方法,讨论和比较了频率补偿法、电阻补偿法、移相补偿法和线性补偿法的优缺点及其适用范围.本文指出,对于铁电性质较明显,电导与介质损耗不很大的试样,电阻补偿法可以获得满意的结果.但对于铁电性质微弱或电导与介质损耗很大的样品,则推荐采用线性补偿法.本文指出,为了准确地测定铁电体的自发极化强度P_s和矫顽电场强度E_c,消除测量系统和示波放大器的相移差是很重要的.     

TGS的铁电老化和历史记忆效应

测量了经18年自然老化后的TGS单晶的微分电滞回线,发现回线的形状与未老化的样品类似,故称其为隐性老化.老化的样品经热处理后,回线峰位,峰高出现显著变化,甚至出现双峰,表现出明显的老化特性,隐性老化被显性化了.老化的原因可归结为环境空气中的水分子吸附在晶片四周表面上,使晶体有些微区水解形成缺陷;以及这些缺陷向晶体内的扩散.     

锂掺杂TGS晶体的生长及性质之研究

本文对锂掺杂TGS晶体——LTGS的生长及其介电与热释电性质进行了研究.晶体在含锂的TGS溶液中用缓慢降温法进行生长.文中报导了具有不同锂含量的LTGS晶体的生长形状及电畴结构;报导了在很宽的温度及频率范围内对介电系数、损耗角正切、热释电系数及极化强度的测量.最后,由电滞回线上观察到自偏置场效应.     

0.9Pb(Sc1/2Ta1/2)O3-0.1PbTiO3/0.65Pb(Mg1/3Nb2/3) O3-0.35PbTiO3 多层薄膜的制备及铁电性研究

以LaNiO3做缓冲层,用射频磁控溅射法在SiO2/Si(100)衬底上制备出0.9Pb(Sc1/2Ta1/2)O3 -0.1PbTiO3/0.65Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.35PbTiO3铁电多层薄膜.采用两步法在峰值温度650℃和700℃对薄膜进行退火.通过电滞回线和漏电流曲线对薄膜的铁电性能进行了测量.研究发现,650 ℃退火的薄膜有较好的铁电性,其剩余极化2Pr=9.5 μc/cm2,矫顽场2Ec=42.2 kV/cm,100 kV/cm场强下漏电流密度为31μA/cm2.700 ℃退火的薄膜铁电性有所下降,2Pr=3.1 μc/cm2,但薄膜却具有很低的矫顽场,2Ec=22.6 kV/cm.分析认为,铁电性的退化与高温下薄膜中异质结间的相互作用及挥发性元素Pb和Mg的损失密切相关.     

铁电极化疲劳效应的微分电滞回线谱分析

铁电体的极化强度P是根据电滞回线计算的,但漏电电导、顺电电容、电极和样品表面接触层、pn结电阻等的影响使得精确测量回线非常困难.作者引入微分电滞回线谱分析方法,可将上述多种效应从总效应中定量扣除而得到纯铁电性的贡献.对锆钛酸铅陶瓷的测量结果表明,纯铁电微分回线可用少数几个高斯型函数精确拟合.疲劳效应表现为高斯函数个数,峰位U0、峰高I0、峰宽Δ等参数随极化反转次数N的增加持续变化.与电滞回线相比,微分回线是描述极化疲劳的更为严格有效的方法.     

全钙钛矿La0.5Sr0.5CoO3/PbZr0.53Ti0.47O3/La0.5Sr0.5CoO3异质结的结构与性能

应用射频磁控溅射法在SrTiO3(STO)基片上制备了全钙钛矿结构La0.5Sr0.5CoO3/PbZr0.53Ti0.47O3/ La0.5Sr0.5CoO3(LSCO/PZT/LSCO)电容器异质结,并进行了结构和性能的表征.X射线衍射(XRD)的研究表明,LSCO/PZT/LSCO异质结在SrTiO3(STO)基片上为外延生长.对该电容器铁电性能的研究发现,在5 V驱动电压下,电滞回线饱和趋势良好,矫顽场电压为1.8 V和剩余极化强度为21.5×10-6 C/cm2,漏电流为8.9×10-8 A/cm2.实验还证实该电容器具有良好的脉冲宽度依赖性及抗疲劳特性.     

三角结构铁电体的电滞回线

采用量子统计的方法计算了三角结构铁电单晶的屏蔽电荷的激发,得到了不对称的电滞回线。传统的热力学理论无法对此进行解释。     

Bi_5Fe_(0.7)Ni_(0.3)Ti_3O_(15)多铁陶瓷的电磁性能

采用传统的固相烧结工艺制备出Bi5Fe0.7Ni0.3Ti3O15(BFNT)多铁陶瓷样品,研究镍离子基团的植入对材料的微观结构、磁性能和电性能的影响.X射线衍射谱显示BFNT样品的4层Aurivillius相已形成.室温下,BFNT样品具有铁磁性,其剩余磁化(2Mr)和矫顽场(2Hc)分别为0.086 A.m2.kg-1和18.5 kA.m-1.样品磁性的增强可能来源于局域的Fe—O—Ni的耦合.介电温度谱的测试结果表明:与Bi5FeTi3O15(BFTO)比较,BFNT的铁电相变温度降低,低温段的介电峰具有明显的弛豫特征,该弛豫可能与磁有关.室温下,当外加电场为24.5 MV.m-1时,样品的剩余极化(2Pr)和矫顽场(2Ec)分别为0.069 C.m-2和14.3 MV.m-1.     

脉冲激光沉积法制备的Pb(Zr0.4Ti0.6)O3铁电薄膜漏电机理

利用准分子脉冲激光器在Pt/Ti/SiO2/Si(111)衬底上制备了Pb(Zr0.4Ti0.6)O3(PZT)铁电薄膜.利用掩膜技术,采用磁控溅射法在PZT薄膜上生长Pt上电极,构架了Pt/PZT/Pt铁电电容器异质结.采用X射线衍射和电容耦合测试技术分别表征了PZT铁电薄膜的微结构和电学性能.研究发现:在5 V的测试电压下,在560℃较低的沉积温度下生长的PZT薄膜电容器的剩余极化强度为187 C/m2、矫顽电压为2.0 V、漏电流密度为2.5×10-5A/cm2.应用数学拟合的方法研究了Pt/PZT/Pt的漏电机理,发现当电压小于1.22 V时,Pt/PZT/Pt电容器对应欧姆导电机理;当电压大于2.30 V时,对应非线性的界面肖特基传导(Schottky emission)机理.     

超声速气流下纳秒脉冲放电实验研究

磁流体动力技术的应用可以革命性的提升高超声速飞行器的性能,其应用的前提是超声速气流具有一定的电导率,分析表明冷态高超声速气流的电离必须考虑采用非平衡电离方式。本文设计吸气式Ma3的超声速风洞,采用纳秒脉冲电离方式电离气体,研究了静止条件下和Ma3气流下等离子体的空间放电特性。实验结果表明：超声速气流下的放电的击穿电压约为2.88kV,高于静止条件下的1.85kV;当正向峰值电压约为4kV时,超声速气流下单次脉冲放电过程中注入流场的能量约为15.6mJ,高于静止条件下的8.58mJ;超声速气流下的放电较为稳定,且频率越高,放电越均匀,随着放电电压的升高,放电呈现明显的丝状。超声速气流下要实现空间均匀等离子的产生,需要较低的气压以及高性能的纳秒脉冲电源。     

应变诱导外延Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜铁电介电性能的频率依赖特性

基于修正的Landau-Devonshire唯象理论和Landau-Khalatnikov方程，研究了不同失配应变下外延Ba_0.6Sr_0.4TiO₃薄膜相稳定性和频率依赖的铁电介电性能。结果表明:室温下铁电c相、正交aa相和顺电相为稳态相且均为二级相变；在0.1 kHz的外加电场频率下，压应变增加了c相的面外剩余极化强度(P_r)和矫顽场(E_c)，而拉应变增加了aa相的面内剩余极化强度和矫顽场。此外，随着频率的增加，相界处P_r和E_c均增加，介电常数呈先快速后缓慢的下降趋势，最大调谐率逐渐减小且相应失配应变逐渐趋于零，这主要归因于频率的增加导致相变温度(ΔT_c)升高。进一步计算显示，面外的失配应变移动、调谐率降低和ΔT_c分别为0.017%、10.6%、7.3 ℃，其与面内结果(0.019%，9.7%，7.7 ℃)相近。     

铁电材料P-E本构关系

铁电材料的极化机制包括：位移极化,转向极化．位移极化正比于外加电场;将电畴的固有电矩在极化方向按玻尔兹曼能量取加权平均得到转向极化．由此推出一个简单的解析表达式,表达了铁电材料极化强度P与外电场E的本构关系．将该解析表达式的结果与文献给出的电滞回线实验数据进行比较,2者符合得非常好．该解析表达式对磁滞回线的模拟效果也非常令人满意。     

基于共面波导传输线的铁电薄膜可调带通滤波器

铁电薄膜的介电常数强烈地依赖于所施加电场强度的大小。基于这一原理,提出一种新颖的基于共面波导传输线结构的铁电薄膜可调带通滤波器。滤波器的输入输出采用抽头线的方式分别与谐振器相接,外加电压通过滤波器的输入输出端口直接施加到谐振器处的铁电薄膜上,用以改变铁电薄膜的介电常数,从而改变谐振器的谐振频率,实现带通滤波器通带频率的移动。这种新型结构的铁电薄膜可调带通滤波器具有结构紧凑、尺寸小及施加外加偏压容易等优点。仿真结果表明:铁电薄膜的介电常数在外加偏压下从250减小到200时,带通滤波器的传输特性曲线的形状基本保持不变,通带的中心频率从9.95GHz增加到10.04GHz,其3dB带宽保持在0.13GHz,反射损耗始终小于-20dB。     

PbTiO3多晶及薄膜材料强电场下的电热效应研究

基于Landau-Devonshire的热动力学模型,计算了PbTiO3块体及薄膜材料在铁电相变附近的电热效应。PbTiO3块体在769 K出现了一级铁电-顺电转变。700 K时其矫顽场为25MV·m-1。强的电场使得PbTiO3块体材料的一级相变逐渐转变为二级连续相变,且相变在更高的温度发生。PbTiO3薄膜材料的相变为二级相变,熵值减小,而熵变也相应减少。随着电场的增强,两者的比热容减小,但对应的温度向高温方向移动,2者的熵值却随着电场的增大而增强。对于PbTiO3薄膜来说,随着面内错配度的变化,张应力使相变温度降低,而压应力则相反。计算了PbTiO3块体与薄膜材料的绝热温变与制冷热容,其中块体的绝热温变ΔTad与制冷热容RC最大,分别为4.76 K与94.1 kJm-2K-1。     

EAST等离子体击穿阶段真空室上涡流算法研究

托卡马克装置产生等离子体击穿的条件是在真空室区域中达到足够大的环电压以及尽可能大的零场区。在等离子体击穿阶段,由于EAST装置极向场线圈有较大的电流变化,会在真空室上感应出涡流,因此要考虑涡流对环电压和零场区的影响。主要介绍了数值法计算EAST装置真空室上涡流,只有正确计算涡流,才能为EAST实验提供了很好的参考价值。     

纳米硬磁相耦合永磁体的有效各向异性与矫顽力

通过建立球状晶粒模型，研究了纳米硬磁相晶粒之间的交换耦合相互作用对晶粒有效各向异性和矫顽力的影响，结果表明随着晶粒直径的减小，晶粒之间的交换耦合相互作用将随之增强，而材料的有效各向异性和矫顽力将逐渐下降。为了保证材料具有较高的各向异性和矫顽力，晶粒的直径应该大于20nm。同时，通过与实验数据的拟合，得到了矫顽力的最佳计算公式(H_c=0.32×2K_eff/J_s)。     

MFS结构铁电薄膜C-V特性的研究及界面电位降的计算

利用准分子激光原位淀积方法制备了BIT／PZT／BIT,PZT／BIT和BIT层状铁结构电薄膜,借助HP4192A低频率阻抗分析仪对样品的C—V特性进行了测试,用半导体理论讨论了金属—铁电薄膜—半导体（MFS）结构的电容电压（C—V）特性,由C-V曲线理论算出界面电位降Vi,结果表明,界面电位降与测量电容、薄膜电容及耗尽层电容有关．在三种结构中,BIT／PZT／BIT结构的界面电压降为最小,其界面效应优于单层和双层结构的界面效应．     

n-Pentylamine-intercalated layered perovskite-type oxide

A novel n-pentylamine-intercalated layered perovskite-type oxide, C5H11NH3-Sr2Nb3O10, was prepared and characterized by using XRD, FT-IR, Raman spec-trascopy, and elemental analysis. It was shown that the intercalated n-pentylamine adopted a bilayer formation with some overlap and tilt, and the lattice of the perovskite layer was distorted due to the intercalation of n-pentylamine. The as-prepared sample gave clear electric hysteresis loop and did not show fatigue after 1011 switching circles, and therefore, could be considered as a new kind of fatigue-free ferroelectric materials.