介電/鐵電異質疊層薄膜的界面耦合效應研究

《介電/鐵電異質疊層薄膜的界面耦合效應研究》是依託武漢理工大學，由周靜擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：介電/鐵電異質疊層薄膜的界面耦合效應研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：周靜
• 依託單位：武漢理工大學

項目摘要

隨著微波器件向微型化、功能化、集成化發展，單一功能的介電、鐵電薄膜已無法滿足這一趨勢要求。將各具優良介電性能、疲勞特性及溫度穩定性的介電和鐵電材料製備成異質疊層薄膜，可提高其性能並擴展套用。本項目將重點探討介電/鐵電異質疊層薄膜的界面結構及介電性能與鐵電性能的界面耦合效應。通過控制界面處元素擴散、晶格失配及電子成鍵等界面結構，探討異質界面處的元素組成、有序度、晶格畸變等對介電與鐵電性能的影響；通過研究介電、鐵電及異質疊層薄膜分別在外場作用下的介電回響，探討溫度、頻率、電場等作用下異質疊層薄膜的順電相與鐵電相之間的相互影響與耦合效應，獲得界面結構與介電、鐵電性能相關性規律。該項目探討了兩類性質不同薄膜的界面結構與界面耦合效應，為實現薄膜材料介電性能系列化及功能與套用拓展提供理論依據與技術支撐，對實現微波器件的集成化和高品質化具有重要的實際意義和理論價值。也為多鐵材料的深入研究提供一種思路。

結題摘要

隨著微波器件向微型化、功能化、集成化發展，單一功能的介電、鐵電薄膜已無法滿足這一趨勢要求。將各具優良介電性能、疲勞特性及溫度穩定性的介電和鐵電材料製備成異質疊層薄膜，可提高其性能並擴展套用。按照項目研究計畫及內容要求，本項目重點探討了介電/鐵電異質疊層薄膜的界面結構及介電性能與鐵電性能的界面耦合效應。採用水溶液凝膠法分別製備了長期穩定澄清的A(Mg1/3B2/3)O3 (A=Ba, Ca; B5+=Nb, Ta)前驅體溶液，成功合成了系列化合物，並通過異質疊層技術製備了A(Mg1/3B2/3)O3/PZT 異質疊層薄膜，獲得了不同的膜厚及不同排列方式A(Mg1/3B2/3)O3/PZT 異質疊層薄膜的製備工藝參數，掌握了製備介電/鐵電異質疊層薄膜的快速高效製備技術；採用第一性原理電子結構計算和模型設計，分析電子結構對薄膜材料介電性能的影響及影響規律。探討了組成、晶體結構及有序度等對薄膜電極化機理和介電弛豫等的影響及其影響規律，獲得了薄膜在外場作用下的介電回響機制；分析了介電/鐵電複合薄膜的界面結構、界面應變、界面極化，探討其界面對介電及鐵電性能的影響及其影響規律。探討了A(Mg1/3B2/3)O3/PZT異質疊層薄膜在溫度、頻率、電場等物理場下的回響，獲得了薄膜的應變、剩餘極化等相變特點和極化機制。研究了A(Mg1/3B2/3)O3/PZT 異質疊層薄膜中順電相的極化回響與鐵電相的應變之間的相互影響及耦合效應。本項目研究內容全部按原計畫完成，同時獲得了介電損耗低、抗疲勞特性好、溫度穩定性好並具有介電可調等特性的系列異質疊層薄膜材料。依託本項目，在國內外有學術影響力的刊物上發表20篇學術論文，授權國家發明專利3項，獲得中國發明創業成果獎一等獎（第4完成人）1項，高等教育國家級教學成果二等獎（第9完成人）1項，湖北省高等學校教學成果獎一等獎（第5完成人）1項，指導本科生獲省優秀畢業論文2名，指導本科生參與國家級大學生創新創業訓練計畫及自主創新項目6名。培養碩士研究生3人、博士研究生5人。本項目的研究成果豐富了材料科學、介電物理學及製備技術的知識體系，為介質複合材料結構設計與套用開發研究提供科學依據。