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钛酸铅镧钙系铁电薄膜的制备及其性能研究

袁小武  
【摘要】:本论文主要采用了3种重要的制备技术研究了2种不同结构的钙钛矿结构的铁电薄膜,即利用sol-gel技术制备了PLCT、PT/PLCT/PT铁电薄膜,采用改进的sol-gel技术制备了PLCT铁电厚膜,采用射频磁控溅射技术制备了PLCT铁电薄膜。主要开展了下列研究工作:研究了配制PLCT溶胶的工艺;研究了PLCT纳米微粉、PLCT/Pt/Ti/SiO_2薄膜、PT/PLCT/PT/Pt/Ti/SiO_2异质膜及PLCT/Pt/Ti/SiO_2厚膜的sol-gel制备工艺;PLCT/Pt/Ti/SiO_2薄膜的射频磁控溅射制备。利用XRD、粒度分析仪、RAMAN对粉体的结构进行了深入的分析研究;利用XRD、XPS、EDAX、SEM、AFM、PFM、SNDM等现代分析技术对薄膜的晶体结构、化学组份、化学价态、表面形貌、电畴分布等进行了深入的分析研究;测试了PLCT系列铁电薄膜的电学性能。获得的主要结论如下: 1.研究了钙钛矿结构的稳定性与阳离子的半径、离子键成分、阳离子价态的稳定性、阳离子和氧离子的电子构型等参数的关系,计算了稳定性因子,得出在PLT中掺入Ca,可以提高PLCT的钙钛矿形成指数F、表明PLCT的钙钛矿结构越稳定,越容易在较低温度下形成钙钛矿结构。 2.采用sol-gel技术,结合大量的实验技术研究和薄膜性能分析,优化工艺,制备了PLCT铁电薄膜和PT/PLCT/PT铁电异质结构薄膜,制备了具有全钙钛矿结构PLCT铁电厚膜。 3.利用sol-gel技术制备了PLCTx纳米微粉。利用Raman分析了PLCT纳米微粉的软模。发现由于钙含量增加导致振动软模的频率降低和某些软模的消失,这是因为在钙钛矿ABO_3型化合物中,钙离子、镧离子取代了A位的铅离子,造成了晶格失配和不对称取代。PLCT(100x)拉曼谱的低频模可以看成是Ca~(2+)、La~(3+)在钙钛矿中的A位偏离造成的。而高频拉曼谱主要是TiO_6八面体内部离子在理想中心位置的相互位移引起的。


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