沉积温度对磁控溅射BiFeO3薄膜结构和性能的影响

应用磁控溅射法在以SrRuO3(SRO)薄膜为缓冲层的Pt/TiO2/SiO2/Si(001)基片上制备了多晶BiFeO3(BFO)薄膜,构架了SRO/BFO/SRO异质结电容器。采用X射线衍射、铁电测试仪等研究沉积温度对BFO薄膜结构和性能的影响。X射线衍射图谱显示BFO薄膜为多晶结构。在2.5 kHz测试频率下,500℃生长的BFO薄膜呈现比较饱和的电滞回线,2Pr为145μC/cm2,矫顽场Ec为158 kV/cm,漏电流密度约为2.4×10-4A/cm2。漏电机制研究表明,在低电场区,SRO/BFO/SRO电容器满足欧姆导电机制,在高电场区,满足普尔-弗兰克导电机理。实验发现:SRO/BFO/SRO电容器经过109翻转后仍具有良好的抗疲劳特性。

退火温度对Sol-gel法制备的BiFeO3薄膜结构及电性能的影响

采用溶胶-凝胶法在ITO/glass衬底上制备了BiFeO3薄膜,退火温度分别为500℃和550℃。实验结果表明,550℃退火的薄膜晶粒较大且不均匀,并有杂相产生,薄膜的漏电流较大,没有得到饱和的电滞回线;而在500℃退火的薄膜晶粒较小且均匀,没有杂相产生,相对于550℃退火的薄膜,其漏电流密度降低了约2个数量级,铁电性得到明显增强,剩余极化强度约为40μC/cm2,矫顽场约为75kV/cm,最大的测试电场为130kV/cm。

底电极对BiFeO3薄膜电性质的影响

用溶胶-凝胶方法在LaNiO3,ITO和Pt底电极上制备了BiFeO3(BFO)薄膜。薄膜的退火温度为550℃。对不同底电极上的BFO薄膜的结构、形貌、铁电性、介电性和漏电流特性进行了研究。XRD研究表明不同底电极上的BFO薄膜呈不同的取向。所有的薄膜都没有观察到不纯相。剖面扫描电镜研究表明薄膜的厚度为350 nm。铁电性测试表明在128 kV/cm的测试电场下LaNiO3底电极上的薄膜的剩余极化强度最大,为3.31μC/cm2。而ITO和Pt底电极上的BFO薄膜的剩余极化强度分别为2.07μC/cm2与2.76μC/cm2。此外,漏电流的研究表明在ITO底电极上的BFO薄膜的漏电流最小。

BiFeO3／Bi4Ti3O12多层铁电薄膜的性能研究

采用sol-gel法在FTO/玻璃底电极上制备了BiFeO3/Bi4Ti3O12多层薄膜。研究了室温下薄膜的结构,铁电和漏电流性质。结果表明,相对于纯的BiFeO3薄膜,BiFeO3/Bi4Ti3O12多层薄膜具有更低的漏电流,表现出较强的铁电性,在4.40×105V/cm的测试电场强度下,剩余极化强度为3.7×10–5C/cm2。在2.00×105V/cm的测试电场强度下,BiFeO3和BiFeO3/Bi4Ti3O12薄膜的漏电流密度分别为10–5和10–7A/cm2。

AgCl/BiFeO3复合光催化剂的制备及其光催化性能

采用水热法合成了BiFeO_3,使用光还原技术将AgCl沉积在BiFeO_3表面,制备了具有可见光催化活性的AgCl/BiFeO_3复合光催化剂,并利用XRD、SEM和UV-Vis DRS等分析了AgCl/BiFeO_3异质结的物相、表面结构和光响应性等性能。结果表明,AgCl的沉积不仅改善了BiFeO_3的表面结构,有效促进光生电子的迁移;而且扩宽了BiFeO_3的光响应范围,提高了BiFeO_3的可见光响应能力。以光催化降解模拟染料废水的效果评价其可见光催化性能。结果表明,Ag与Bi物质的量比为1∶2时,AgCl/BiFeO_3复合光催化剂对亚甲基蓝的降解效果最佳,光照210 min,降解率可达92.5%。AgCl/BiFeO_3复合光催化剂具有良好的光催化稳定性,循环使用5次后,降解率仍能达到80%以上。

Zn2＋掺杂BiFeO3粉体的制备及其可见光光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备Zn2+掺杂BiFeO3光催化剂,利用XRD、SEM、UV-Vis DRS以及PPMS等分析技术对其进行表征,以甲基橙溶液为降解物,考察了Zn2+∶BiFeO3的可见光光催化活性。结果表明:当Zn2+的掺杂量为1%(质量分数)时能有效提高BiFeO3的催化活性,可见光辐照10h后甲基橙溶液的脱色率达47.3%。

BiFeO3-Bi24Fe2O39复合物的制备及可见光催化性能研究

以硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)为原料,酒石酸作络合剂,聚乙二醇6000作分散剂,用溶胶-凝胶法制备了BiFeO3-Bi24Fe2O39复合催化剂。用XRD、FT-IR、UV-vis、PL光谱、TG-DSC等对其结构进行了表征。以亚甲基蓝为目标化合物,评价了样品的可见光催化活性。结果表明,500℃煅烧2 h的复合催化剂热稳定性好,荧光强度最强,禁带宽度最小,用500 W的长弧氙灯照射6 h,亚甲基蓝降解率达到93.11%。

淬火对BiFeO3薄膜电效应的影响

采用溶胶．凝胶法和快速退火方法在LaNiO3/Si（100）衬底上制备了BiFeO3（BFO）薄膜。研究了淬火冷却与随炉冷却两种不同的冷却方式对BiFeO3薄膜的结构、形貌与电性能的影响。XRD研究表明淬火未对薄膜的结晶产生显著的影响。扫描电镜研究表明，淬火导致薄膜表面出现了裂纹，同时粗糙度增加。铁电性测试表明，淬火冷却的薄膜的铁电性得到了增强。通过对薄膜漏电流的观察发现，淬火的薄膜的漏电流相对自然冷却的薄膜减少。

光化学溶液法制备BiFeO3薄膜及其光电特性

以硝酸铁和硝酸铋为原料采用溶胶-凝胶法在单晶硅基板上制备BiFeO3铁电薄膜,采用乙酰丙酮作为感光剂添加到溶液中,借助紫外光与感光剂相互作用,可以实现BiFeO3的低温结晶,防止了高温硅基板的破坏。通过对紫外辐照处理和没有紫外辐照处理的BiFeO3试样进行对比,结果显示,紫外光辐照过的BFO薄膜其光电转化效率较没有紫外光辐照的BFO高3.45倍。

CSD法在亲水性的FTO基板上制备BiFeO3薄膜及其电性能的研究

利用化学溶液沉积法在亲水性的FTO基板上制备BiFeO3薄膜。利用XRD、FE-SEM、XPS、Agi-lent E4980A精密LCR仪及TF-Analyzer2000等分析手段对BiFeO3薄膜进行表征。结果表明,薄膜为纯相的结晶良好的多晶BiFeO3薄膜,由100～300nm的BiFeO3晶粒紧密的堆积而成,表面均匀平整。薄膜厚度为450nm。Fe的氧化态为Fe3+,并没有Fe2+出现。在10kHz时,介电常数和损耗分别为134和0.005。薄膜的剩余极化率为0.58μC/cm2,在0～250kV/cm的测试电场下漏导电流步伐保持在10-6 A/cm2以下。

BiFeO3/H2O2类芬顿体系去除猪场沼液中3种磺胺类抗生素

沼气工程会产生大量的沼液,其养分浓度低、体积巨大,且含有抗生素等污染物,是沼液无害化处理和资源化利用中需要解决的难题。本研究利用BiFeO3/H2O2类芬顿体系去除猪场沼液中3种磺胺类抗生素,通过设置单因素条件考察了沼液初始pH值、H2O2浓度、催化剂BiFeO3的添加量对沼液中抗生素去除的影响。结果表明:磺胺类抗生素去除的最佳反应条件为初始pH=5、H2O2浓度为0.8 mol·L-1、催化剂添加量为0.8 g·L-1,在此条件下,磺胺甲恶唑、磺胺甲基嘧啶、磺胺嘧啶去除率分别为97.93%、89.67%、86.42%,平均去除率为91.34%;沼液中总氮、总磷、总钾的保留率分别为94.7%、96.2%、95.1%。BiFeO3经过4次重复使用,其类芬顿体系对沼液中3种磺胺类抗生素的平均去除率基本不变,说明其稳定性好、可重复利用。研究表明,BiFeO3/H2O2类芬顿体系去除猪场沼液中抗生素具有良好的效果,为沼液无害化处理提供了一种可能方案。

(110)取向BiFeO3薄膜界面诱导结构特性研究

在正交(010)取向的GdScO3衬底上设计并生长了(110)取向BiFeO3薄膜和PbTiO3/BiFeO3双层膜,并利用像差校正扫描透射电子显微镜对其界面结构进行了细致的研究。发现在BiFeO3/GdScO3界面以上两个单胞范围内BiFeO3的极化消失,可能形成了正交结构,第3~4个单胞范围的BiFeO3极化由于界面效应而受到一定的抑制;同时发现在PbTiO3/BiFeO3界面附近的PbTiO3面外晶格参数有所减小,这可能与其极化方向转向面内方向有关。

BiFeO3多铁性低维纳米结构研究进展

BiFeO3多铁性低维纳米结构(如纳米晶、纳米线、纳米管、纳米岛等)因其出色的室温多铁性能以及纳尺度下的新型尺寸效应特性,在新型多态存储器及自旋电子学器件方面受到广泛关注。近年来,人们在BiFeO3多铁性低维纳米结构的制备与表征(电、磁性能以及微结构)方面取得了相当进展,本文对此进行了评述。首先,对高质量的BiFeO3多铁性低维纳米结构的制备方法进行了简短评述,然后介绍了BiFeO3多铁性低维纳米结构的纳尺度电性能与磁性能表征以及磁电耦合效应。最后,综述了BiFeO3多铁性低维纳米结构的微结构研究进展以及BiFeO3多铁性低维纳米结构的理论研究结果,并指出了未来BiFeO3多铁性低维纳米结构研究需要重点解决的一些问题。

Bi过量以及冷却方式对BiFeO3-BaTiO3陶瓷的相结构及电学性能的影响

采用传统固相烧结法制备了0.7BiFeO_3-0.3BaTiO_3-xBi_2O_3(0≤x≤0.05)无铅压电陶瓷,研究了Bi补偿量x和冷却方式对其相结构、微观形貌和综合电学性能的影响。结果表明:所有样品均为菱方相(R)和伪立方相(PC)两相共存,0≤x≤0.01样品为纯的钙钛矿结构,且x=0.01样品的两相比例C_R/C_(PC)接近1;x>0.01样品中出现富Bi杂相Bi_(25)FeO_(40)。与冷却方式相比,优化Bi补偿量更有利于提升BFBT-xBi_2O_3陶瓷的压电性能。随着x增大,d33先增大后减小,在x=0.01时获得最优值。由于较小的晶粒、较合适的C_R/C_(PC)以及较大的残余应变,水冷BFBT-0.01Bi_2O_3陶瓷获得了最优的压电性能(d_(33水冷)=141 p C/N、k_p=27%)和高T_C=507℃。研究结果表明,BFBT基陶瓷有希望成为兼具高压电性能和高T_C的无铅压电材料体系之一。

不同水热反应条件下BiFeO3颗粒的制备及其光催化性能研究

采用水热法在不同条件下制备BiFeO3光催化剂,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见漫反射光谱(UV Vis DRS)等对其进行表征,并以罗丹明B(RhB)溶液为降解物,研究BiFeO3的可见光光催化性能.研究结果表明:制备的BiFeO3光催化剂具有单一的晶相,粒径为几微米至几十微米,颗粒团聚,吸收的截止波长约为600 nm.BiFeO3颗粒的催化性能表明:中性环境下BiFeO3颗粒对RhB的降解能力很弱,基本对RhB无降解.将体系引入酸性环境,当体系的pH=5时,RhB经过90 min照射,降解率为89.2%;当体系的pH=3时,经过90 min照射,RhB完全降解.说明在模拟太阳光光照下,BiFeO3颗粒对酸性环境下的RhB有良好的光催化降解作用.

BiFeO3的制备及其应用于光催化降解有机污染物研究进展

光催化氧化法降解有机污染物是一种新型有效的处理方式.BiFeO3纳米半导体材料具备稳定性好、无毒害、可重复利用的优点,是一个良好的光催化剂.介绍了BiFeO3纳米材料的合成方法,以及BiFeO3作为光催化材料在光催化降解有机污染物领域的研究进展,最后对BiFeO3基光催化材料的发展趋势进行了展望.

BiFeO3/H2O2体系降解孔雀石绿染料废水的研究

本文研究了BiFeO3/H2O2体系下孔雀石绿(Malachite green,MG)降解过程中溶液初始浓度、pH值、BiFeO3用量、H2O2的体积分数以及反应温度等因素的影响,确定了该体系降解孔雀石绿的最佳条件。建立了BiFeO3/H2O2体系氧化降解孔雀石绿的动力学方程,为利用非均相类Fenton试剂处理含苯环类有机废水的研究提供了理论依据。

元素配比对BiFeO3反应烧结相变影响的高温X射线衍射研究

多铁性材料BiFeO3样品中Bi25FeO39、Bi2Fe4O9等杂相的存在增加了漏电流,影响了对其磁电耦合机制与调控的深入研究,然而纯相BiFeO3陶瓷的制备一直是材料合成中的难点,其中一个主要原因是对其相变规律的认识还不充分。本研究采用高温原位X射线衍射技术(HT-XRD)及Rietveld精修定量的方法,并结合高温拉曼光谱技术(HT-Raman),系统地研究了不同配比(1:1,1.03:1,1.05:1)Bi2O3/Fe2O3在相同升温速率和保温时间下的反应烧结相变过程,以及降温时反应产物的热力学稳定性,同时利用背散射电子衍射(EBSD)技术定性研究了降温冷却后烧结产物的物相分布。结果表明:Bi2O3必须经历结构相变(斜方–立方)才能与Fe2O3反应生成BiFeO3,当Bi过量时,BiFeO3、Bi2Fe4O9、Bi25FeO39三元产物在降温过程中处于热力学不稳定状态,能有效抑制杂相的生成,促进BiFeO3相生成,且Bi2O3/Fe2O3在配比为1.03:1时相的纯度最高。结合本课题组前期研究结果,发现Bi过量以及快速升降温是提高BiFeO3陶瓷相纯度的有效手段。本研究结果可为制备纯相BiFeO3基陶瓷提供实验依据。

弱稳恒磁场环境下基于BiFeO3@TiO2复合纳米颗粒体外光动力疗法灭活HL60细胞试验研究

本文通过溶胶-凝胶法制备了BiFeO3@TiO2复合纳米颗粒,利用透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、荧光发光光谱等对纳米颗粒进行表征。研究采用Cell Counting Kit-8(CCK-8)法分别检测了在暗室条件、光照条件以及不同强度的弱稳恒磁场作用下,用终值质量浓度为50μg/mL纳米颗粒处理HL60细胞活性,试验结果表明:在暗室条件下,药物质量浓度为50μg/mL,与HL60细胞共同孵育12 h后,BiFeO3@TiO2复合纳米颗粒随着TiO2外壳厚度增加,细胞的暗室相对存活率从78%增加到85%;在光照条件下,有弱稳恒磁场作用的BiFeO3与TiO2质量比为1∶2的BiFeO3@TiO2复合纳米颗粒对HL60细胞的PDT灭活效率最高达到78%,弱稳恒磁场环境增强了对HL60细胞的PDT灭活效率,这为对弱稳恒磁场环境下的光动力疗法治疗白血病肿瘤细胞的临床应用提供了参考。

BiFeO3 可见光协同活化过硫酸盐降解四环素的研究

采用溶胶凝胶法成功制备BiFeO3催化材料,利用X-射线衍射、扫描电子显微镜对其晶相结构和微观形貌进行表征。考察了BiFeO3在可见光协同下活化过一硫酸盐(PMS)和过二硫酸盐(PDS)对四环素的降解性能,并探究相关反应参数对降解效果的影响。实验结果表明:BiFeO3能够有效活化PMS降解四环素,而对PDS的活化效果较差,可见光对BiFeO3活化PMS体系降解四环素有显著的促进效果。在初始pH=3、催化剂投加量1 g/L、PMS浓度为4 mmol/L条件下对四环素的降解效率最佳,经120 min反应,四环素的降解率可达92.01%。重复实验结果表明,制备的BiFeO3材料具有良好的稳定性,可重复使用。