脉冲激光沉积SrBi2Ta2O9铁电薄膜的研究

铁电薄膜存储器(FRAM)由于具有动态随机存储器(DRAM)快速读写功能和可擦写唯读存储器(EPROM)非挥发性,又具有抗辐照、功耗低等特性,已成为国际上固态器件研究的一个热点。铁电存储器常用的铁电材料是Pb(ZrTi)O_3(PZT)等氧化物钙钛矿结构材料。由于这些铁电材料抗疲劳性能较差,阻碍了铁电存储器的商品化进程。de Araujo等人报道了铋系层状类钙钛矿结构的铁电薄膜具有抗疲劳特性,用这类铁电材料制作的铁电存储器,在10~(12)次重复开关极化后,仍没有显示疲劳现象,并且具有很好的信息储存寿命和较低的漏电流。     

无疲劳SrBi2Ta2O9铁电薄膜的光学性质研究

层状钙钛矿SrBi_2Ta_2O_9(SBT)铁电薄膜具有无疲劳和在亚微米(<100 nm)厚度下仍具有体材料的优良电学性质等特性。这使SBT薄膜成为铁电薄膜研究中最热门的材料     

嵌埋于极化BaTiO3薄膜内的Ag纳米微粒对基体中二次谐波产生的增强作用

近年来,铁电薄膜的光学性质引起了许多研究者的注意.除较为常用的电光效应外,人们还发现了极化后的BaTiO_3薄膜在激光辐射下产生很强的二次谐波,表明这类材料在非线性光学领域有很好的应用前景.最近,我们利用sol-gel过程制备具有嵌埋结构的铁电薄膜——金属纳米微粒体系,发现这类新型材料具有很特殊的光吸收性质.本文对这类材料的二次非线性光学性质进行了研究,发现金属纳米微粒对铁电薄膜中二次谐波的产生有明显的增强作用.实验所用的样品为淀积在石英玻璃基片上的、嵌埋Ag纳米微粒的BaTiO_3薄膜,用sol-gel法制备,具体过程见文献[2].石英基片的厚度为lmm,面积约为1.5cm~2,利用局部腐蚀法和台阶测厚仪测得薄膜厚度在1.6～2.0μm之间.样品的极化过程在两块极     

反铁电/铁电相界附近PbLa(Zr,Sn,Ti)O3陶瓷性能研究

采用固相烧结工艺制备了位于反铁电/铁电(AFE/FE)相界附近两个组分的PbLa(Zr,Sn,Ti)O₃ (PLZST)陶瓷样品. 研究了电场作用下样品的电致伸缩效应及等静压力对反铁电/铁电相界附近PLZST陶瓷相变、介电性能的影响. 在交变电场作用下, 两个样品总应变量分别达到0.21%及0.13%. 随着等静压力的增加, 反铁电PLZST陶瓷铁电/反铁电转变温度降低, 反铁电/顺电转变温度上升; 随着等静压力的增加, PLZST铁电陶瓷铁电/顺电转变温度降低.     

水热条件下四方相BaTiO3的合成

BaTiO_3陶瓷是一种重要的介电材料,广泛用于热敏电阻,多层陶瓷电容器以及电光器件中.陶瓷材料的性能在很大程度上取决于所用粉体材料的性能.因而,数十年来BaTiO_3的合成一直是一个很重要的研究课题,传统方法是将氧化物或盐经多次混和研磨、灼烧,而近年来研究中心则已转移到低温合成方法上,低温合成方法的优点在于可以获得高纯、均一的超细粉体.其中尤以水热法更为成功,水热法是将Ba(OH)_2与TiO_2粉体或胶体、Ba-Ti醋酸盐凝胶在OH~-存在的条件下于80～250℃的水介质中加热.这类方法可制得超细BaTiO_3,但是所得BaTiO_3在室温下呈立方相,因而是顺电性的,必须经过1100℃以上的高温处理才能得到室温下为四方结构的铁电相.四方相BaTiO_3粉料可用热压烧结而制成陶瓷,从而避免了长时间的高温灼烧,使晶粒长大和气孔扩张得到控制.因此,水热条件下四方相Ba-TiO_3的低温直接合成是一项很有意义的工作1 实验BaTiO_3细粉是采用Ba(OH)_2·8H_2O和市售TiO_2粉末在(?)30mm×430mm的管式高压釜中制得的.高压釜作分段加热,以建立适宜的上、下温度梯度.反应温度为300℃,反应时间为8h.制得的粉体用醋酸溶液将pH值调至7.5,以去离子水多次洗涤后,在120℃下于空气中烘干.样品作了X射线衍射(XRD;日本理学,RAX-10)、X射线荧光(     

在Pt/SrTiO_3衬底上制备高c轴取向PbTiO_3薄膜

铁电PbTiO_3薄膜是一种优良的热释电材料。特别是c轴取向的PbTiO_3薄膜,因为c轴就是极化轴,并且c轴取向的ε低(约为100),所以它的热释电系数大,介电常数小,热容量小,很有希望成为高性能指数,高灵敏度的红外传感器材料。国外用溅射法在MgO(100)单晶和外延的P_t膜上制备了高c轴取向的PbTi0_3薄膜,并报道了其优良的电学性质。新近发展起来的sol-gel方法与溅射法相比,制备铁电薄膜有组分易控制,设备简单,成     

Pb(Zr, Sn, Ti)O3反铁电-铁电陶瓷热释电谱

改性Pb(Zr,Sn,Ti)O₃ 反铁电-铁电陶瓷存在着多种晶体结构, 随着温度变化会发生相变而影响材料的性能. 研究了铌改性Pb(Zr,Sn,Ti)O₃反铁电-铁电陶瓷温度诱导相变中的热释电效应. 结果表明, 温度诱导相变引起电荷突变形成尖锐的热释电峰, 热释电峰的形状和位置取决于相变的类型和温度. 组分和初相态变化导致的不同相态变化过程形成峰形和峰位不同的热释电谱. 热释电谱不仅可以显示极化强度随温度的变化情况而且可以测定出弱的次级转变, 如在介电温谱中难以观测的反铁电AFE_A-AFE_B 铁电FE_L-FE_H 之间的相态转变在热释电谱中都有明显的热释电峰. 作为一种弱电测量方法, 热释电谱可以完整地反映Pb(Zr,Sn,Ti)O₃ 反铁电-铁电材料相态随温度变化的情况.     

电场调控铁电/铁磁异质结构的磁性

随着大数据时代的到来,具有非易失性、高读写速度、高存储密度、低功耗和微型化的存储器成为了未来信息存储发展的主要趋势.尽管有多种信息存储方式,利用磁性材料磁化翻转的磁存储依然是当下信息存储的主体.在磁信息存储的过程中,相比于磁场和电流驱动的磁化翻转,在铁电/铁磁异质结构中利用电场调控铁磁性材料的磁化翻转具有高存储密度、低能耗、局域化和高效率等优点.铁电/铁磁异质结构磁性的电场调控也因此成为了当前研究的热点之一.本文系统地回顾了兰州大学磁学与磁性材料教育部重点实验室在铁电/铁磁异质结构的磁电耦合效应研究方向的进展:实现了电场作用下铁磁层材料磁矩的挥发性或非挥发性翻转,多态高密度存储,外延单晶铁磁层薄膜磁性的多场调控,磁化动力学性能以及自旋波(磁子)的电场效应,并讨论了未来多场可控自旋电子学的发展趋势.     

具有钙钛矿结构的分子铁电体研究进展

铁电材料是一类重要的功能性材料,由于其特殊的可翻转的自发极化,铁电材料在能源、信息、传感、医学等领域都有着广泛的应用.自20世纪以来,具有钙钛矿结构的铁电材料由于其优异的性质一直活跃在应用的舞台上,而其中应用较为广泛的几乎都是无机钙钛矿材料.近年来,随着科学技术的发展,人们发现了众多具有钙钛矿结构的分子铁电体.这些新型的分子铁电体具有较低的声阻抗、容易进行结构设计和调控、容易实现多种功能特性等优点,有望在柔性电子学、薄膜器件等应用中成为无机钙钛矿铁电材料的有益补充.本文结合分子钙钛矿铁电体的设计思路,对近年来其在压电、能隙调控、光电等功能特性方面取得的进展进行了介绍.     

氧气压对激光淀积BaTiO3薄膜晶体结构的影响

由于铁电薄膜的诱人应用前景,最近几年受到人们的极大关注。铁电氧化物薄膜可望用于多种微电子学和光子学器件,如:铁电存储器,电光调制器,红外探测器,光学二次谐波发生器以及超导铁电器件等。BaTiO_3薄膜是最重要的钙钛矿结构铁电薄膜之一,它具有优良的压电,铁电,热释电和非线性光学性质。所以,很多研究组都很重视BaTiO_3薄膜的生长机理和改进薄膜性能的研究。     

CeO2纳米晶的制备及其在电化学上的应用

纳米材料的合成、结构功能特性及其应用的研究成为人们共同关注的前沿课题.CeO_2是一种廉价而用途极广的材料,如用于发光材料、催化剂、电子陶瓷等.细胞色素c是一种含血红素的金属蛋白质分子,通过对其电化学行为的研究,为认识生物体内的电子传递反应机理和能量转换提供有用信息,对于揭示生命现象的本质具有重大意义.细胞色素c在裸金电极上是极不可逆的,现已发现了加速其可逆反应的多种促进剂,对其电化学反应机理也进行了深入的讨论.本文用溶胶-凝胶法合成了CeO_2纳米晶;将CeO_2纳米晶修饰在金电极上研究了细胞色素c的电子传递反应,发现CeO_2纳米晶是一种良好的促进剂.1 样品的制备与测试称取一定量草酸铈(GR),用蒸馏水调成浆状,滴加浓HNO_3(GR)和H_2O_2(AR),完全溶解后加入柠檬酸(GR),于50～70℃时缓慢蒸发形成溶胶,继续加热有大量气泡产生,并有白色凝胶形成,体积膨胀,有大量棕色烟放出.将凝胶于120℃干燥12h,得到淡黄色干凝胶,将其在不同温度下进行热处理,即得到CeO_2纳米晶.用日本理学D/MAX-IIB型X射线衍射仪进行结构分析;用H-600型透射电子显微镜进行粒子形貌分析和大小测定;用BET法测比表面积.     

TiC/Ni3Al复合材料的低温致密化

TiC由于其低密度、高硬度、易加工性,以及与铁族金属的良好接合性而被广泛用于硬质工具材料及其他金属-陶瓷复合材料;另一方面,Ni_3Al金属间化合物在900℃附近具有独特的高温强度和高温抗氧化特性,被认为是金属-陶瓷复合材料中金属相的优选材料.已有的研究表明,TiC汇与Ni_3Al具有良好的界面相容性,TiC和Ni_3Al组成的复合材料具有很高的强度,所以,选择Ni_3Al和TiC作为热应力缓和型梯度材料的金属相和陶瓷相而得到的TiC/Ni_3Al系FGM(functionally graded materials)材料将能够抵抗由于大温度落差而产生的巨大的热应力.但是,由于TiC与Ni_3Al的烧结温度之间差别很大(前者最低为1800℃,后者最高为1300℃),热压温度只能控制在1300℃左右,在该条件下,如不采用“温度梯度烧结”方法来制备整体致密的TiC/Ni_3Al系梯度材料将十分困难,这是因为在富金属侧,由于Ni_3Al的粘结作用,使得TiC/Ni_3Al复合材料能够致密;但是在少金属侧,如0%,5%,10%,20%(体积分数,下同)Ni_3Al层,由于金属含量少,Ni_3Al相不能完全地粘接TiC使之致密,则得不到整体致密的TiC/Ni_3Al系FGM.因此,TiC和少金属TiC在低温下的热压致密化是一项非常有意义     

脉冲极性对反铁电陶瓷电子发射特性影响

采用镧改性锆锡钛酸铅反铁电陶瓷作为阴极材料, 在10^-1 Pa真空环境下研究了正极性脉冲和负极性脉冲激励下陶瓷的电子发射特性. 正极性脉冲激励时, 较低激励电压下发射电流为双峰发射, 较高激励电压下发射电流为三峰发射. 负极性脉冲激励时, 发射电流始终为双峰发射. 分析了反铁电陶瓷强电子发射的内在机制, 反铁电陶瓷强电子发射是场发射和极化反转共同作用的结果, 三接点处电场增强在三接点附近区域形成局域铁电宏观畴导致反铁电陶瓷初始电子发射.     

(1-x)Pb(Sc_(1/2)Ta_(1/2))O_3-(x)PbTiO_3二元系铁电陶瓷的压电特性

已有的研究表明,二元系铁电陶瓷(1-x)Pb(Sc_(1/2)Ta_(1/2))O_3-(x)PbTiO_3在介电、热电、光电方面都有广阔的应用前景.本文研究了该材料的压电特性,发现在准同型相界(x=0.45)附近,压电应变常数d_(33)和机电耦合系数k_t,k_p,k_(33)达到极值,而机械品质因数Q_m达到最小值.这种具有高机电耦合特性和低Q_m的压电材料特别适用于制备宽带滤波器、水声换能器及医学超声换能器件.     

高压下石榴石Gd3In2Ga3O12的合成

Gd_3Ga_5O_(12)稀土材料具有Ga~(3+)离子易于被其它离子部分取代的特点.Gd_3Sc_2Ga_3O_(12),Gd_3Lu_2Ga_3O_(12)和Gd_3In_2Ga_3O_(12)作为膜磁光材料YIG和Y_(3-x)Bi_xFe_5O_(12)的衬底引起关注. 这些材料可以通过固相反应、浮熔法、提拉法合成,但它们的高压合成未见报道.本文首次利用高温高压方法实现了Gd_3In_2Ga_3O_(12)的合成,并对其合成区进行了研究.     

n-型SrTiO3陶瓷与p-型聚苯胺复合材料的研究

对于功能复合材料,因复合后能加强某一特性,甚至能产生出新的特性来,所以复合是开发材料性能的独特途径.鉴于近期发展起来的p-型导电高分子材料聚苯胺的各种优良特性,如电变色特性、吸波特性等.为了开发应用,首先应从理论上对其结合的界面特性,可否形成一种p-n结接触进行研究和探讨.通过对n-SrTiO_3陶瓷上复合p-PAn的研究和探讨,证实该复合界面为p-n异质结结构,进一步的研究还需做大量的工作.1 实验过程及测试(1)n-型半导体钛酸锶陶瓷(n-SrTiO_3)的制备.工艺流程图为:配料—球磨混料—干燥—过80目筛—预合成—造粒—成型—排胶—烧成其中,配粒比例为SrCO_3:TiO_2O_5=1:1.01:0.013.球磨时,料:球:水=1:4:2.5.预合成的温度是1200℃下保温2h,空气气氛.烧成的温度是1420～1460℃下,通N_2的还原气氛下.     

La0.67Sr0.33MnO3单晶外延膜的X射线衍射表征

钙钛矿型掺杂氧化物中的巨磁阻(CMR)效应已经引起了基础理论研究和新材料应用的 极大关注.实验表明:薄膜样品中出现大的CMR效应和高的转变温度T_c与制备条件有着密切的关系.由于晶粒尺寸效应和膜的外延性对CMR有重要影响,因此,制备高质量的薄膜,研究其结构特征,对掺杂锰氧化物的巨磁阻效应机制的理解和实际应用都是十分必要的.我们用直流溅射法在(001)LaAlO_3单晶基片上制备了La_(0.67)Sr_(0.33)MnO_3(LSMO)单晶外延薄膜,并测量了磁电阻效应.本文采用 X射线衍射及极图研究了 LSMO薄膜的外延性以及膜与衬底的晶格匹配关系.1 衬底晶胞转换 实验采用(001)LaAlO_3单晶作衬底.LaAlO_3单晶属于三方晶系,然而从LaAlO_3_单晶获得的粉末X射线衍射看出:LaAlO_3在2 θ=70°以前时,衍射峰不出现分裂(70°以后开始分裂),表明三方晶胞的LaAlO_3可以看作是由立方晶胞沿体对角线方向轻微(“压缩”或“拉长”而得到的,先将六方晶胞(a=0. 536 5 nm, c= 1.311 nm)转换为三方晶胞(菱面体晶胞,a=0.536 5 nm),则 LaAlO_3取六方晶胞时的(012)面转换成三方晶胞的(110)面,转换公式为:     

多极性位点的杂化氢键有机框架吸附分离CO2/CH4

氢键有机框架(HOFs)是极具研究价值的新型多孔材料,但稳定、永久多孔且富含功能位点的HOFs的构筑难题制约了其在气体吸附分离领域的应用.本文采用具有轮桨立体构型和多氢键位点的金属-核碱基构造体构筑了一类稳定的微孔杂化HOFs材料(HOF-ZJU-201、HOF-ZJU-202和HOF-ZJU-203),框架内的无机阴离子、氨基以及电荷差异性分布孔道作为多重极性位点实现了CO₂的选择性吸附和CO₂/CH₄的吸附分离.在298 K和1 bar (1 bar=10⁵ Pa)条件下,杂化HOFs材料的CO₂吸附量为2.31～3.35 mmol/g,对CO₂/CH₄(50/50, v:v)的分离选择性为7.3～9.0.通过色散矫正的密度泛函理论计算和Hirshfeld表面分析明确了杂化HOFs材料通过氢键、静电偶极作用以及范德华力选择性捕获CO₂的作用机理.固定床穿透实验进一步验证了杂化HOFs材料对CO₂     

等静压对Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-BaTiO3-PbTiO3弛豫型铁电陶瓷介电性能的影响

研究了等静压对位于三方和四方相界附近的Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-BaTiO3驰豫型铁电陶瓷介电性能的影响。结果表明等静压使它们的相变温度和峰值温度降低,使频率弥散和弛豫行为进一步增强,在这些复合钙钛矿结构的组分无序系统中,存在着极化团族或纳米微畴,纳米微畴之间的关联长度随压力增加而大大降低是弛豫行为增强的独特的物理本质。     

硬磁性Nd60Al10Fe20Co10大块金属玻璃的磁畴结构

运用磁力显微镜对硬磁性Nd₆₀A_l10Fe₂₀Co₁₀大块金属玻璃(BMG)的磁畴结构进行了研究. 结果表明, 制备态材料中存在黑白磁斑相邻的微磁结构, 磁畴的平均尺度约为360 nm. 这种磁畴结构与Nd基BMG的硬磁性是紧密相关的. 由于BMG中存在的短程有序原子团簇的尺度只有几纳米量级, 因而磁力图上亚微米尺度的黑白磁斑是由大量的原子团簇在强烈的交换耦合作用下磁矩平行排列形成的. 而完全晶化的材料则呈顺磁性, 其磁力图上已无明显的磁反差, 但仍分布着一些间距较大的平均尺度为900 nm的低矫顽力铁磁晶态相.