本文全面回顾了离子和微粒掺杂改性钙钛矿相铁电材料的研究进展，总结了溶胶凝胶技术在制备此类材料中的应用，并简要介绍了稀土离子发光机理和纳米碳管的性能。鉴于采用离子和微粒对钙钛矿相铁电材料进行掺杂能够很好的改善钙钛矿相铁电材料的性能，本工作试图通过采用稀土离子Tb和纳米碳管(MCNT)对钙钛矿相铁电材料进行掺杂改性，使材料的结晶性能，铁电性能得到改善。 本研究中采用溶胶凝胶法制备了具有优良结晶性能的稀土离子Tb及纳米碳管掺杂的钛酸铅(PT)超细粉末和(100)取向生长的薄膜，并利用差热分析、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、荧光分析和介电常数等多种分析测试手段对掺杂后的PT薄膜及超细粉末的相结构、光学性能、结晶性能以及介电常数等进行了研究。同时采用全新的方法利用掺Tb的钛酸铅薄膜制备了PbO单晶纳米线。并对粉末结晶性能改善、薄膜取向和纳米线的形成机理进行了初步分析。 掺孔的PT粉末在约600℃热处理温度下，就已经可以由非晶基体逐步转变形成钙钛矿相，晶粒平均晶粒尺寸比未掺杂Tb的PT粉末中钙钛矿相的晶粒尺寸略小；所形成的钙钛矿结构中，由于Tb取代Pb进入晶格位置，产生阳离子空位，诱发晶格畸变，使钙钛矿相的析晶能力比未掺杂Tb的PT粉末低。钙钛矿相的晶轴比c/a比未掺Tb的PT粉末低，具有赝立方结构的特性，降低了从立方相向这种四方相转化的势垒，从而有效地抑制了较高温下焦绿石相的产生。 研究发现PT/Tb体系中出现了显著的Tb离子特征荧光和Pb离子的荧光现象。Tb离子特征荧光仅出现在PT/Tb的溶胶状态体系，在粉末状态下Tb离子的特征荧光显著减弱。Pb离子的荧光与Pb所处环境相关，既可出现在液相体系，又可出现在固相粉末体系中，也即处于O，Ti等离子构成的无规则网络结构状态下的溶胶、凝胶或非晶固态时。随着体系中晶态的生成，Pb离子进入晶格中，由于晶格振动所产生的声子吸收了跃迁回落产生的发光能量，Pb离子的荧光强度明显下降。 本文采用溶胶凝胶法制备了掺杂Tb离子的钛酸铅(PT/Tb)薄膜。研究发现，PT/Tb薄膜系统为非均相成核，利用快速热处理工艺可控制原子以高能量迁移，使钙钛矿结构晶体以表面能最低的(100)晶面在薄膜生长方向上结晶生长，PT/Tb薄膜出现了(100)晶 浙江大学硕士学位论文面的择优取向。理论分析和研究表明，由于系统中的Tb离子直接影响了体系的自由偿，改变了体系成核势垒，即改变了成核过程中的界面能。本文在分析界面能的基础上，推导了在一定条件下薄膜受掺Tb影响的钙钛矿相析晶含量的理论表达式为： y＝1－yXp（K；XXp（k cOS（S·（x＋a）’） 该式表明了受体系成核界面能的变化影响，晶体生长受掺Tb浓度影响出现极值。在某一特定的掺杂浓度时，析出晶体的含量最高。 PT／Tb薄膜的介电常数受薄膜中钙钛矿相晶格的畸变和晶体含量的共同作用。掺Tb薄膜的介电常数在晶格畸变程度小时和在掺Tb后使晶体含量出现最大值时都较高。 在高真空环境中用高能量电子束对PT／T薄膜进行蒸发这种全新的方法，制备出直径在 6－60nxn之间、长径比高达 100的笔直 PbO单晶纳米线。 采用溶胶凝胶法成功制备了掺纳米碳管的PT和PLT薄膜。在制备过程中，溶胶中的纳米碳管含量的稳定存在可以通过控制掺纳米碳管溶胶的粘度实现，薄膜中对薄膜基体产生有效作用的纳米碳管含量则通过溶胶中的含量和利用多层成膜的方法以提高纳米碳管在整体膜中的表观含量共同作用来控制实现。 纳米碳管的引入，使得体系在纳米碳管和PT之间的界面产生非均态核化，随PT薄膜成核势垒的降低，掺纳米碳管的PT薄膜在较低温度下即可形成钙钛矿相，在500℃的较低温度，就可获得结晶完整且己具有很大结晶量的薄膜。 本工作表明Tb离子的掺杂有效地抑制了PT粉末在较高温下焦绿石相的产生，改善了粉末的结晶性能。PT／Tb薄膜出现很好的定向生长，薄膜定向生长的机理有望扩展到其他材料定向薄膜的制备中。同时发现这种薄膜可通过高能量电子束蒸发的方法成功制备PbO单晶纳米线，这种方法可望被应用于其他氧化物单晶纳米线的制备。另外，MCNT的掺杂使PT薄膜结晶温度下降。