溶胶-凝胶方法制备KTa_(0.65)Nb_(0.35)O_3薄膜的凝胶化和热处理研究

本文较系统地研究了溶胶-凝胶方法制备 KTa_(0.65)Nb_(0.35)O_3薄膜的凝胶化行为和热处理.用自制的金属醇盐KOC_2H_5、Nb(OC_2H_5)_5和 Ta(OC_2H_5)_5为原料,无水乙醇作溶剂,配制均匀的溶液.实验结果表明,溶液浓度、介质或催化剂的使用、匀胶时的环境温度和湿度及单层膜厚等因素对凝胶薄膜的形成有较大影响.条件适宜时可得到与衬底附着紧固的均匀透明的凝胶薄膜.随着热处理温度升高,薄膜首先从非晶态结晶成焦绿石结构的 KTN 相,然后在更高的温度转变成钙钛矿相.不同的衬底所需的烧结温度不同,烧成后薄膜的晶粒取向也不同.为彻底排除薄膜内的酸根、有机基团和碳元素,热处理温度不宜低于700℃.

溶胶—凝胶方法合成KTa_(0.65)Nb_(0.35)O_3的凝胶化和热处理研究

本文研究了用溶胶—凝胶方法制备KTa_(0.65)Nb_(0.35)O_3超细粉末的凝胶化和热处理行为.探讨了影响溶胶凝胶形成的主要因素,包括水解水量、溶液浓度、催化剂的作用和环境温度等.通过DTA和XRD分析对干凝胶在热处理过程中的结构转变进行了研究.同时,详细报道了组成为KTa_(0.65)Nb(0.35)O_3的焦绿石相和钙钛矿相的X射线粉末衍射数据.

Sol－gel生长KTa_（1－x）Nb_xO_3电光薄膜的成分和结构

采用ＸＰＳ方法研究了ｓｏｌ－ｇｅｌ工艺制备的ＫＴＮ（ｘ＝０．３５）薄膜的成分和结构．结果表明，除了表面被碳污染外，薄膜中无残余的碳和其他杂质．其成分与原料的化学计量比相近，且沿深度均匀分布．各元素的化学状态证实薄膜系钙钛矿型ＫＴＮ结构．Ａｒ＋溅射后的ＸＰＳ谱反映Ｋ严重偏低，Ｔａ和Ｎｂ的化学状态改变，是Ａｒ＋轰击引起Ｋ择优溅射及化合物分解所致．

氟氯取代对卤化锰系玻璃的形成、结构和性质的影响

报道了MnF_2-BaCl_2-MnCl_2体系的玻璃形成区,发现当MaCl_2的摩尔分数超过40％时不能形成玻璃态。随着玻璃中Cl/F含量比值上升,玻璃转变温度下降,红外透过波长向长波长方向移动。可见-紫外吸收光谱表明Mn^(2+)在MnF_2-BaCl_2系玻璃中以氟氯混合配位的形式存在。结合扩展X射线吸收谱(EXAFS)确定的Mn^(2+)近邻配位数据,对照MnF_2-BaF_2系氟化物玻璃的一种结构模型,指出了MaF_2-BaCl_2系玻璃的结构特点,可以很好地解释氟氯取代时卤化锰系玻璃的形成规律及MnF_2-BaF_2系玻璃的氟离子导电特性。

PbZrO_3陶瓷中180°畴壁形态及其原位再生的TEM研究

畴结构及其在外场下的动力学行为对铁电材料的电学性质起着决定性作用。与ＢａＴｉＯ３和Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３等钙钛矿型铁电体相比，人们对ＰｂＺｒＯ３等反铁电体中的畴结构及其动力学行为的了解少得多［１—３］。Ｔａｎａｋａ等人曾用ＴＥＭ观察到了ＰｂＺｒＯ３单...

钨青铜型Ca_(0.28)Ba_(0.72)Nb_2O_6单晶中铁电畴结构及其演变的透射电镜研究

用透射电镜研究了CBN-28单晶中的180°畴结构及其演变.发现其中存在高密度的180°铁电畴,这些畴呈长钉状或棒状,沿c轴走向,直径约50～500nm.观察到电子束辐照诱致的畴壁运动.原位加热观察表明,升温至220℃左右,开始出现许多直径仅几纳米的细条状微畴;温度再上升时这种细条状畴逐渐增多.在282℃时所有畴衬度消失.这种零场自发极化的宏畴→微畴转变对应于在铁电相变点Tc附近的正常→弛豫铁电体转变.温度降至196℃以下时,形成了直径约10～50nm稳定的条状畴.

远红外光纤材料MnF_2-BaCl_2系玻璃的结构

本文用可见—紫外吸收光谱和扩展X射线吸收谱(EXAFS)研究了新型红外光纤材料(60-x)MnF_2·40BaCl_2·xMnCl_2(x=0、10、20、30)混合卤化物玻璃的结构。可见—紫外吸收光谱表明,Mn^(2+)在MnF_2-BaCl_2系玻璃中以氟氯混合配位的畸变八面体存在。根据EXAFS分析确定的Mn^(2+)近邻结构参数,对照MnF_2-BaF_2系氟化物玻璃的一种结构模型。指出了MnF_2-BaCl_2系玻璃的结构特点。

MnF_2—BaCl_2玻璃新型红外光纤材料损耗潜力的评估

以MnF_2-BaCl_2玻璃为例,首次估计了混合卤化物玻璃的最低损耗。先对玻璃的Rayleigh散射因子进行理论估算,然后采用实验外推的方法测量了玻璃的多声子吸收参数,最后得到(MnF_2)_(60)(BaCl_2)_40玻璃的最低损耗约0.0011dB/km(λ_(min)=3.8μm)。从低损耗角度证明了MnF_2—BaCl_2玻璃是一类很有应用前景的红外光纤材料。

卤化锰系玻璃结构的EXAFS研究

用扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)方法对氟氯混合卤化锰玻璃(60-x)MnF_2·40BaCl_2·xMnCl_2(x=0,10,20,30)中Mn^(2+)的近邻配位进行了研究。结果表明,同玻璃中两种阴离子的平均比值F/Cl相比Mn^(2+)近邻相对偏聚了F,而且随着MnCl_2的引入这种相对偏聚更明显。依据实验事实,对照MnF_2·BaF_2系氟化物玻璃的一种结构模型,指出了MnF_2-BaCl_2系氟氯混合卤化锰玻璃的结构特点,很好地解释了卤化锰系玻璃的形成规律和氟离子导电机理。

Sol－Gel法合成K（Ta，Nb）O_3材料

以金属醇盐乙酸钾［Ｋ（ＯＣ２Ｈ５）］，乙醇铌［Ｎｂ（ＯＣ２Ｈ５）５］和乙醇钽［Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）５］为原料，用Ｓｏｌ－Ｇｅｌ法合成了Ｋ（Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ３超细粉末和薄膜，研究了工艺参数如前驱体溶液浓度、热处理温度等因素对材料结构及物性的影响．粉料的粒径为２０～４０ｎｍ，所需合成温度约为７００℃，比通过传统的固相反应制备同种材料的合成温度低近１００℃；以ＳｒＴｉＯ３（１００）单晶作基片，采用匀胶法获得了沿（１００）高取向生长的Ｋ（Ｔａ０．６５Ｎｂ０．３５）Ｏ３薄膜，薄膜表面均匀、致密，室温时呈立方相晶格结构．研究表明，选择物理性质相似、晶格常数相匹配的材料作基片，适当控制工艺参数，尤其是前驱体溶液的浓度、升降温速度及烧结温度是获得优质薄膜的关键．

钙钛矿型外延薄膜中两种分解失配位错的HRTEM研究

在(001)LaAlO3上生长钙钛矿型Ba0.3Sr0.7TiO3外延薄膜近界面层,用HRTEM观察到多种新型的分解失配位错,其中两种较复杂的分解失配位错已见报道。本文介绍在该薄膜中观察到的另外两种有趣的分解失配位错。这两种失配位错都分解成两个柏格斯矢量b=(1/2)〈110〉的不全位错,都与(1/2)〈110〉层错相伴。这些不全位错对薄膜应变松弛都有贡献,其发生与Ba0.3Sr0.7TiO3薄膜的岛状成核和莫扎克生长有关。

沿a/b轴择优取向Bi_4Ti_3O_(12)铁电薄膜的回线动力学标度

测量了在Pt／Ti／SiO2／Si上生长的36％a／b轴择优取向Bi4Ti3O12铁电薄膜的电滞回线，并研究了薄膜的回线动力学标度。外加电场频率的变化范围0．4～10kHz，电场幅值的变化范围653～1045kV·cm^-1。在外电场频率一定时，该Bi4Ti3O12薄膜的回线面积随外电场幅值的增大而增大。当外电场幅值固定时，回线面积随外电场频率的上升先增加后减小。当f=1kHz时，回线面积最大。由此可知，该Bi4Ti3O12薄膜中畴翻转的特征时间约1ms。在外电场频率低于1kHz时，回线面积〈A〉∝f^-0.02883E0；在1kHz以上高频段有标度关系〈A〉∝f^-0.05388E0。

Ca_(0.28)Ba_(0.72)Nb_2O_6单晶中无公度调制结构、电畴结构与相变的TEM研究

介电温谱测量结果表明,钨青铜型Ca0.28Ba0.72Nb2O6(CBN28)单晶在252℃附近经历了从正常铁电体到弛豫铁电体的相变。用透射电子显微镜研究了该单晶中的无公度调制结构、畴结构及其演变。由室温[110]带轴电子衍射花样确定无公度调制波矢q=(1/2)c*+(1+δ)(a*-b*)/4,其中无公度参数δ=0.09。高分辨像给出了无公度调制结构的直接证据。这种无公度超晶格结构是两种正交超晶胞结构均匀混合的结果。CBN28单晶中存在高密度沿c轴走向直径约50nm^500 nm的长钉状180°电畴。在电镜中原位升温至220℃左右,开始出现许多直径仅几纳米的细条状畴;温度继续上升时这种细条状畴渐增多。这种宏畴到微畴转变对应于在铁电相变点Tc附近的正常到弛豫铁电转变。刚好在Tc以下,还观察到经零场冷却的纳米针状畴。

钨青铜型Ca_(0.28)Ba_(0.72)Nb_2O_6单晶的正常弛豫铁电相转变研究

研究了大块Ca0.28Ba0.72Nb2O6(CBN-28)单晶沿[001]方向的铁电介电性能.结果表明,CBN-28单晶的自发极化、剩余极化和矫顽场分别为35.3μC/cm2,32.2μC/cm2和38.1kV/cm.在室温下频率f=10kHz时,介电常数(εr=195,介电损耗tgδ=0.32.变温的介电谱显示该单晶在252℃附近发生了正常铁电体向弛豫铁电体的转变.低频时在325℃～500℃范围内出现了具有弛豫特征的介电反常.120℃附近有一由氧空位的迁移引起的介电弛豫损耗峰,由此计算得激活能为1.19eV.通过阻抗谱计算,在500℃～560℃范围内的电导激活能为1.33eV.

Bi_4LaTi_3FeO_(15)薄膜的制备及电学性能研究

用溶胶-凝胶(sol-gel)工艺在Pt/Ti/SiO2/Si(100)基片上沉积了Bi4LaTi3FeO15(BLTFO)薄膜。用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对其微观结构进行了表征,用铁电测试仪和阻抗分析仪分别对其电学性能进行了测试。结果表明,所制备的薄膜为纯相四层层状钙钛矿结构,表面起伏度小、颗粒致密,厚度约为350nm。室温下,BLTFO薄膜显示出良好的铁电性能和介电性能,其剩余极化值2Pr为32.87μC/cm2。在300kHz下,相对介电常数εr为370,介电损耗tanδ为0.024。

层状钙钛矿型Bi_(3.15)Nd_(0.85)Ti_3O_(12)铁电薄膜在LaNiO_3/Si上取向生长的TEM研究

用溶胶-凝胶工艺在披覆了LaNiO3底电极的(100)Si衬底上制备了Bi3.15Nd0.85Ti3O12(BNdT)铁电薄膜。X射线衍射结果显示,LaNiO3层呈(110)择优取向,BNdT薄膜呈c轴和a/b轴混合择优取向。透射电镜观察表明,LaNiO3电极层和BNdT薄膜厚度分别约为180nm和320nm。BNdT薄膜分为上下两层,厚约100nm的底层以薄片状c轴择优取向晶粒为主,在顶层许多柱状晶粒为a/b轴择优取向。讨论了BNdT薄膜在(110)LaNiO3电极上的择优取向生长机制。

含Bi层状钙钛矿型铁电薄膜在金属电极上的非c轴取向生长研究

用sol-gel工艺直接在(111)Pt/Ti/SiO2/Si衬底上分别制备了62%a/b轴择优、65%(014)/(104)择优、高c轴择优取向生长的Bi3.15Nd0.85Ti3O12(BNdT)铁电薄膜。发现BNdT薄膜的铁电、介电和压电性能强烈依赖于晶粒的择优取向,从而证实BNdT中自发极化矢量Ps靠近a轴。透射电镜观察表明,非c轴取向薄膜中的柱状晶粒从底电极Pt表面一直延伸到薄膜上表面,而c轴择优取向薄膜中的晶粒细小且主要呈等轴状。讨论了含Bi层状钙钛矿型铁电薄膜在金属电极上的择优取向生长机制。

AlSb／GaAs异质外延薄膜应变的HRTEM几何相位分析

用几何相位分析(geometric phase analysis,GPA)方法研究了AlSb/GaAs异质外延薄膜的应变。此方法基于高分辨像的傅里叶变换。通过选择傅里叶变换点分辨率以内的某个强衍射,做反傅里叶变换得到晶格条纹的相对的相位分布,进一步得到应变分布。Bragg滤波条纹像确认了60°和90°失配位错的存在。分析讨论了位错核心区域应变分布差异的可能机制。