《BaTi2O5新型鐵電薄膜的取向控制與鐵電性研究》是依託武漢理工大學，由戴英擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：BaTi2O5新型鐵電薄膜的取向控制與鐵電性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：戴英
- 依託單位：武漢理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
BaTi2O5是一種新型無鉛鐵電材料，具有廣泛套用的潛力。基於BaTi2O5單晶的優異性能及鐵電各向異性，本項目擬開展高取向性BaTi2O5薄膜及其相關基礎科學問題的研究。採用溶膠凝膠法製備高取向性BaTi2O5薄膜並對其生長機理、鐵電性能進行系統研究。通過最佳化工藝條件，控制成膜過程，研究控制結晶擇優取向的方法，獲得製備高取向性BaTi2O5薄膜的關鍵技術。對BaTi2O5薄膜的組成、結構、界面、晶粒取向和大小等進行表征，得到薄膜結構和鐵電性能的相關性規律。採用SPM對BaTi2O5薄膜進行納米尺度原位鐵電性能研究，研究鐵電薄膜納米尺度的電疇結構及其極化反轉和保持特性，並分析不同環境條件下BaTi2O5薄膜疇結構的變化規律，探討其鐵電本質。研究BaTi2O5材料的鐵電性隨尺寸變化的規律，定量理解其尺寸效應，為進一步研究基於BaTi2O5薄膜的鐵電器件奠定基礎。
結題摘要
鐵電元器件集成化、功能化對鐵電薄膜的研究和套用提出了新要求，BaTi2O5是一種新型無鉛鐵電材料，基於BaTi2O5單晶的優異性能及鐵電各向異性，本項目開展BaTi2O5薄膜取向性控制及鐵電性研究，探明了BaTi2O5薄膜的微結構和巨觀性能關係的規律，所得結果為進一步研究基於BaTi2O5薄膜的鐵電器件奠定了基礎。取得了如下重要研究進展： 1.獲得了溶膠-凝膠法製備(020)取向生長的BT2薄膜的關鍵技術。發展了最佳化的層層退火熱處理工藝，有效克服了有機物熱解、鐵電相形成、薄膜開裂的矛盾，發現晶化層誘導生長的重要作用，實現了取向性BT2薄膜的可控生長。 2.採用PFM成功觀察到BT2薄膜鐵電疇結構，並實現了極化反轉。PFM原位壓電測試呈現 “蝴蝶曲線”形態。證實BT2薄膜具有明顯的鐵電性及壓電回響特性。 3. 製備出隨機取向、部分取向、(020)取向的三種BaTi2O5薄膜並研究了性能。隨著(020)取向度的提高，薄膜鐵電、介電、壓電性能均得到提高。(020)取向生長的BT2薄膜，2Pr=6μC/cm2、Ec=25V/cm，且具有良好的介電性能。對其漏電流機制進行了合理解釋。 4. 研究了Ba位La摻雜、Ti位Zr摻雜對BT2薄膜結構和性能的影響。成功製備了Ba1-xLaxTi2O5（x=0-0.01）、BaZrxTi2-xO5（x=0-0.008）薄膜，摻雜離子均能固溶到BT2晶格中。摻雜改善了薄膜的介電、鐵電性能。x=0.004時，Ba1-xLaxTi2O5薄膜2Pr=2.1 μC/cm2，介電常數為630；x=0.006時，BaZrxTi2-xO5薄膜2Pr=1.7 μC/cm2，介電常數為622。 5. 獲得了Fe摻雜BaTi1-xFexO3（x=0-0.02）薄膜結構和性能的衍化規律。鐵摻量增加使薄膜的四方性下降。首次證實當x=0.01時，鐵摻雜會導致薄膜室溫下存在兩種不同有序結構，這種獨特結構使薄膜具有良好的鐵電、壓電性能。 6.研究了Fe摻雜對BaFexTi2-xO5（x=0-0.012）薄膜結構和性能的影響。隨著鐵摻量增加，居里溫度下降。摻雜改善了薄膜的介電、鐵電性能。x=0.004時，摻鐵的BaTi2O5薄膜2Pr=1.54 μC/cm2，Ec為4kV/cm，介電常數為708。首次觀察到BT2薄膜的彌散相變特徵。
