發(fā)布時間：2020-08-20 23:08

【摘要】：多鐵性磁電材料不單具備鐵電、鐵磁等單一鐵性,而且還具有電荷序和自旋序耦合而成的新效應(yīng),即磁電效應(yīng),因而被廣泛運用于換能器、傳感器、磁電儲存器等新型電子器件之中。其中,薄膜磁電復(fù)合材料因其更適應(yīng)于微型化、低能耗的工業(yè)化要求,引起眾多研究者的興趣。本論文主要以PbZr_(0.52)Ti_(0.48)O_3(PZT)與金屬Ni構(gòu)成的準(zhǔn)2-2型膜/金屬磁電復(fù)合材料為研究對象,研究鐵電相PZT的厚度及取向?qū)υ摯烹姀?fù)合體系正磁電性能的影響。利用溶膠-凝膠法(Sol-gel)在較低的溫度下制備不同PZT厚度的PZT/Ni磁電復(fù)合結(jié)構(gòu),有效解決了傳統(tǒng)固相燒結(jié)的復(fù)合體系中易產(chǎn)生微裂紋和雜相等問題。PZT/Ni磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出良好的磁電耦合性能。當(dāng)鐵電相PZT厚度約為250 nm時,該復(fù)合結(jié)構(gòu)獲得最佳的磁電性能,其室溫最大磁電耦合系數(shù)為102.9 mV/cm·Oe且發(fā)生在較低的直流偏置磁場H_(dc)下。PZT膜/Ni金屬磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)的α_E隨H_(dc)的變化趨勢與Ni基底的dλ/dH隨H_(dc)的變化趨勢一致,表明了PZT/Ni結(jié)構(gòu)通過應(yīng)變(力)為中介的“磁場-應(yīng)變(力)-電場”耦合獲得磁電效應(yīng)。以PbO為晶種層誘導(dǎo)PZT薄膜的[100]取向,成功獲得具有[100]PZT/PbO/Ni復(fù)合結(jié)構(gòu)。通過改變PZT/PbO的重復(fù)次數(shù),得到不同PZT厚度的PZT/PbO/Ni復(fù)合結(jié)構(gòu)。PbO晶種層的引入使該復(fù)合結(jié)構(gòu)中PZT薄膜電性能發(fā)生明顯改變。在厚度為325 nm時,PZT/PbO/Ni磁電復(fù)合體系的最大磁電耦合系數(shù)達(dá)到421.4 mV/cm·Oe,為PZT/Ni最大磁電耦合系數(shù)的4.1倍。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB33;TB383.2
【圖文】：

圖 1.1 多鐵性之間的耦合與鐵性序關(guān)系圖簡介料中的磁電效應(yīng)為本征磁電效應(yīng)。在原子尺度上，室溫下的時材料不導(dǎo)電具有介電性；而鐵磁性是要求 d 軌道存在電子條件在本質(zhì)上是矛盾的，所以自然情況下存在的單相磁電材電材料大多結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，磁電效應(yīng)微弱并且只有在極低的材料不同，復(fù)合磁電材料中的磁電效應(yīng)來源于兩相間的多場示意圖為例，磁電復(fù)合材料中的各相均不具有磁電效應(yīng)，但效應(yīng)，因而當(dāng)將兩相復(fù)合時，會產(chǎn)生以壓力為中介的“磁-力-電外加磁場的作用，磁致伸縮相會產(chǎn)生應(yīng)力(變)并通過兩相界(變)的作用產(chǎn)生電極化，即磁生電效應(yīng)，用(ME)H表示；反之電效應(yīng)，壓電相會產(chǎn)生應(yīng)力(變)并通過兩相界面?zhèn)鬟f給鐵磁化狀態(tài)的變化，即電生磁效應(yīng)，用(ME)E表示[5]。

PZT-Ni 磁電復(fù)合薄膜的制備及性能研究2圖 1.1 多鐵性之間的耦合與鐵性序關(guān)系圖1.2.1 磁電效應(yīng)簡介單相磁電材料中的磁電效應(yīng)為本征磁電效應(yīng)。在原子尺度上，室溫下的鐵電性要求 d 軌道不存在電子，此時材料不導(dǎo)電具有介電性；而鐵磁性是要求 d 軌道存在電子，此時材料導(dǎo)電具有導(dǎo)電性。這兩個條件在本質(zhì)上是矛盾的，所以自然情況下存在的單相磁電材料極少[4]。目前，已發(fā)現(xiàn)的單相磁電材料大多結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，磁電效應(yīng)微弱并且只有在極低的溫度下才可以觀察到。與單相磁電材料不同，復(fù)合磁電材料中的磁電效應(yīng)來源于兩相間的多場耦合[5, 6]。以圖 1.2所示的磁電效應(yīng)示意圖為例，磁電復(fù)合材料中的各相均不具有磁電效應(yīng)，但由于兩相分別具有磁致伸縮和壓電效應(yīng)，因而當(dāng)將兩相復(fù)合時，會產(chǎn)生以壓力為中介的“磁-力-電”耦合。具體來說，當(dāng)復(fù)合材料受到外加磁場的作用，磁致伸縮相會產(chǎn)生應(yīng)力(變)并通過兩相界面?zhèn)鬟f給壓電相，壓電相由于應(yīng)力(變)的作用產(chǎn)生電極化

PZT-Ni 磁電復(fù)合薄膜的制備及性能研究的探索進行簡單介紹。 年，荷蘭 Philips 實驗室[78]率先報道了以共晶生長法制備的 CoFe2O4(CFO)-B材料。交替沉積 BTO 與 CFO 構(gòu)成層狀的磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)，在室溫下測得磁 mV/cm·Oe，這個值遠(yuǎn)高于單相磁電材料 Cr2O3的磁電系數(shù)。圖 1.3 為 CFO的掃描電子顯微鏡斷面形貌圖。該樣品是在氮氣混入 2.5%O2的環(huán)境下，以 0長得到的。從圖中可以看到制備出的復(fù)合材料中黑白交錯，為 BTO 與 CF

【參考文獻(xiàn)】

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1 楊南如,余桂郁;溶膠-凝膠法簡介第一講——溶膠-凝膠法的基本原理與過程[J];硅酸鹽通報;1993年02期

本文編號：2798561