本文關(guān)鍵詞：BFO-SBTi復(fù)合鐵電材料的制備及性能研究

  更多相關(guān)文章： Sr_2Bi_4Ti_5O_(18) BiFeO_3 固溶 多鐵性

【摘要】：目前鉍系層狀鐵電材料(BLSF)是鐵電存儲器的最佳候選材料之一,尤其是以Sr2Bi4Ti5O18(SBT15)為代表的SrmBi4Tim3O3m+3 (SBTim)鐵電材料由于較高的剩余極化強(qiáng)度、較低的矯頑場強(qiáng)和漏電流等成為非易失鐵電存儲器(NVFRAM)研究的主要材料。但其較低的居里溫度限制了高溫下的使用,因此利用摻雜取代、固溶和共生等手段對SBTi5鐵電材料進(jìn)行改性成為研究熱點(diǎn)。本文用固溶的方式將SBTi5與室溫下多鐵材料BiFeO3 (BFO)復(fù)合,制備出xBiFeO3-(1-x) Sr2Bi4Ti5O18 (SBFTi-x, x=0-0.9)系列陶瓷,發(fā)現(xiàn)隨著BFO含量增加,相比SBTi陶瓷,A、B位的Bi3+和Fe3+共摻不僅增大了晶格畸變程度,還抑制了Ti4+變價和減少了Bi元素?fù)]發(fā),降低了氧空位濃度,使SBFTi-x陶瓷在室溫下展現(xiàn)出較高的剩余極化強(qiáng)度、較低的漏電流密度,但當(dāng)BFO組分較高時出現(xiàn)結(jié)構(gòu)坍塌并伴隨第二相含量的提高。此外,隨著BFO含量的提高,氧空位濃度和內(nèi)置電場的變化使得SBFTi-x陶瓷的漏電機(jī)制也由以空間限制電荷為主過渡到歐姆傳導(dǎo)機(jī)制為主,而Fe3+的存在使其展現(xiàn)出較弱的鐵磁性。SBFTi-x陶瓷室溫下的介電常數(shù)受空間電荷極化影響較大,BFO的加入不僅可以提高介電常數(shù)還有效降低了介電損耗,提高了頻率穩(wěn)定性。隨BFO量的增加,引起SBFTi-x陶瓷中成分和結(jié)構(gòu)的起伏變化,形成不同相變溫度的極性微區(qū),使其居里溫度不斷升高的同時介電峰逐漸寬化,表現(xiàn)出彌散鐵電體特征。SBTi陶瓷和SBFTi陶瓷的宏觀電阻都具有負(fù)溫度系數(shù)特征,低溫下SBFTi-x陶瓷中Fe3+等導(dǎo)電離子濃度較高從而使其宏觀電阻有所降低,逐漸半導(dǎo)體化；高溫下BFO作用減弱。SBFTi-x陶瓷的宏觀電阻主要來源于晶粒的作用,并存在空間電荷極化和混合弛豫過程。在低溫、高頻下,SBTi和SBFTi-x陶瓷的交流電導(dǎo)率σac交流電導(dǎo)主要源于弱束縛電荷；而在高溫、低頻時的交流電導(dǎo)主要來源于漏導(dǎo)的迅速增加,交流電導(dǎo)隨頻率的變化與材料的極化機(jī)理有著密切關(guān)聯(lián)。SBFTi-x陶瓷的電導(dǎo)機(jī)制隨溫度和組分有所變化：對于SBFTi-x (x=0.1-0.7)陶瓷以及高溫段(430～480℃)的SBFTi-08和SBFTi-0.9陶瓷,電導(dǎo)主要是與氧空位的二級電離有關(guān)；而低溫段(250～400℃)的SBFTi-0.8和SBFTi-0.9陶瓷電導(dǎo)激活能比傳統(tǒng)鐵電材料的要低,可能跟其中的Fe3+濃度高有關(guān)。綜上所述,本論文過對SBFTi-x陶瓷的結(jié)構(gòu)和一系列性能研究發(fā)現(xiàn),該固溶體陶瓷不僅具有較高的居里溫度、優(yōu)異的鐵電性能,還發(fā)現(xiàn)了弱鐵磁性以及彌散型鐵電體特征,為SBFTi-x材料在信息存儲和磁電器件領(lǐng)域的應(yīng)用提供了可能性。
【關(guān)鍵詞】：Sr_2Bi_4Ti_5O_(18) BiFeO_3 固溶 多鐵性
【學(xué)位授予單位】：山東建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ174.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 引言11
• 1.2 鉍層狀鈣鈦礦鐵電材料11-12
• 1.3 Sr_2Bi_4Ti_5O_(18)材料12-16
• 1.3.1 Sr_2Bi_4Ti_5O_(18)的晶體結(jié)構(gòu)12-13
• 1.3.2 Sr_2Bi_4Ti_5O_(18)的性能及其優(yōu)化13-16
• 1.4 BiFeO_3材料16-18
• 1.4.1 BiFeO_3的晶體結(jié)構(gòu)16-17
• 1.4.2 BiFeO_3的性能及其優(yōu)化17-18
• 1.5 本論文研究對象及主要研究內(nèi)容18-21
• 1.5.1 研究對象18-19
• 1.5.2 主要研究內(nèi)容19-21
• 第2章 實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計及結(jié)構(gòu)和性能表征21-32
• 2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計及設(shè)備21-22
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)原料21
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備21-22
• 2.2 實(shí)驗(yàn)技術(shù)路線22-24
• 2.2.1 前驅(qū)體粉體的制備22-23
• 2.2.2 粉體預(yù)燒及陶瓷燒結(jié)23-24
• 2.3 樣品結(jié)構(gòu)與性能表征方法24-32
• 2.3.1 X射線衍射(XRD)測試24-25
• 2.3.2 掃描電子顯微鏡(SEM)形貌測試25
• 2.3.3 拉曼(Raman)光譜測試25
• 2.3.4 X射線光電子能譜測試(XPS)25-26
• 2.3.5 鐵電性能測試26
• 2.3.6 介電性能測試26-29
• 2.3.7 交流阻抗測試29-32
• 第3章 SBFTi鐵電陶瓷的制備與鐵電性能研究32-44
• 3.1 SBFTi鐵電陶瓷的結(jié)構(gòu)表征32-37
• 3.1.1 SBFTi鐵電陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)研究32-34
• 3.1.2 SBFTi鐵電陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)研究34-35
• 3.1.3 SBFTi鐵電陶瓷的拉曼光譜研究35-37
• 3.2 SBFTi鐵電陶瓷中的元素價態(tài)分析37-40
• 3.2.1 SBFTi鐵電陶瓷XPS高分辨電子能譜分析38-40
• 3.3 SBFTi鐵電陶瓷的鐵電性能研究40-42
• 3.3.1 SBFTi鐵電陶瓷的電滯回線40
• 3.3.2 SBFTi鐵電陶瓷的漏電性能表征40-42
• 3.4 SBFTi鐵電陶瓷的電磁性能42-43
• 3.5 本章小結(jié)43-44
• 第4章 SBFTi鐵電陶瓷的介電性能研究44-63
• 4.1 SBFTi鐵電陶瓷的介電特性44-49
• 4.1.1 SBFTi鐵電陶瓷的常溫介電特性44-45
• 4.1.2 SBFTi鐵電陶瓷的介溫譜特性45-49
• 4.2 SBFTi鐵電陶瓷的交流阻抗研究49-58
• 4.3 SBFTi鐵電陶瓷的交流電導(dǎo)率研究58-62
• 4.4 本章小結(jié)62-63
• 第5章 結(jié)論與展望63-65
• 5.1 全文研究內(nèi)容及結(jié)論63
• 5.2 本文主要創(chuàng)新點(diǎn)63-64
• 5.3 后續(xù)研究工作展望64-65
• 參考文獻(xiàn)65-72
• 致謝72-73
• 攻讀碩士學(xué)位期間論文發(fā)表及科研情況73

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