【摘 要】
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采用溶胶-凝胶法制备了Bi4Ti3O12-Bi3TiNbO9(BIT-BTN)和Bi4Ti3O12-SrBi4Ti4O15(BIT-SBTi)铋层状钙钛矿共生结构铁电薄膜,研究了制备工艺和结构变化对薄膜结构和性能的影响,为
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采用溶胶-凝胶法制备了Bi4Ti3O12-Bi3TiNbO9(BIT-BTN)和Bi4Ti3O12-SrBi4Ti4O15(BIT-SBTi)铋层状钙钛矿共生结构铁电薄膜,研究了制备工艺和结构变化对薄膜结构和性能的影响,为高性能、低成本铁电材料的制备提供一种有效方法。 通过XRD、SEM等微观分析手段和铁电参数测试仪、低阻抗分析仪等铁电、介电测试仪器,对BIT-BTN和BIT-SBTi共生结构薄膜的表面形貌、铁电性能、介电性能、疲劳特性、开关特性和C-V特性等进行测试分析,研究了溶胶-凝胶工艺中前驱液浓度、预热方式、薄膜沉积方法、退火温度、组分配比变化等对薄膜晶体结构、生长取向、表面形貌、铁电、介电性能等的影响。 结果表明:采用溶胶-凝胶法能够制备出表面平整、晶粒均匀的 BIT-BTN和BIT-SBTi共生结构铁电薄膜。在0.1mol/L的最佳前驱液浓度下制备出的薄膜表面均匀、无裂痕,并且晶粒生长呈现随机取向;最佳的退火温度为700℃,此时薄膜的铁电性能最好。同时研究表明,BIT-BTN系列的共生结构薄膜晶格畸变最大,对薄膜剩余极化的提高最大,其中BIT-BTN(1:2)结构薄膜在700℃退火条件下2Pr值可以达到442μC/cm,将BIT薄膜2Pr值162μC/cm提高了2.75倍,同时BIT-BTN薄膜具有更大的相对介电常数和C-V曲线回滞窗口,但是BIT-BTN薄膜的介电损耗较大,疲劳特性相对较差,在109次极化反转后剩余极化值下降明显;BIT-SBTi共生结构薄膜虽然晶格畸变相对较小,但是其矫顽场更小,BIT-SBTi(1:1)薄膜的2Ec约为150 kV/cm,比BIT薄膜约260 kV/cm的2Ec值减少了近42.3%,同时BIT-SBTi薄膜介电损耗小,抗疲劳性能优秀,在1011次极化反转后依然保持较好的铁电性能。
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