课题基金基金详情
无铅Na0.5Bi0.5TiO3基薄膜的制备及压电铁电性能研究
结题报告
批准号:
51002064
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
20.0 万元
负责人:
杨长红
依托单位:
学科分类:
E0206.功能陶瓷
结题年份:
2013
批准年份:
2010
项目状态:
已结题
项目参与者:
侯宪钦、杨洪亮、王金翠、陈雪梅、王玺、程玲
国基评审专家1V1指导 中标率高出同行96.8%
结合最新热点,提供专业选题建议
深度指导申报书撰写,确保创新可行
指导项目中标800+,快速提高中标率
客服二维码
微信扫码咨询
中文摘要
钛酸铋钠(Na0.5Bi0.5TiO3)被公认为是最有望取代铅基压电材料的钙钛矿结构铁电体。目前Na0.5Bi0.5TiO3薄膜由于具有严重的漏电和较大的矫顽场,使其极化非常困难。本项目将针对这一难题,选用LaNiO3/Si为衬底,系统地研究前驱体溶液、挥发元素的补偿、退火温度、退火气氛等因素对Na0.5Bi0.5TiO3薄膜整体和局部的非化学计量比、漏电问题的影响;以及高价离子掺杂对薄膜的形貌、漏电、铁电、压电性能的影响。从晶体缺陷的角度分析Na0.5Bi0.5TiO3薄膜内具体缺陷的存在形式和抑制机理,为有效降低漏电流和矫顽场的方法提供理论依据。在此基础上,通过引入K+、Ba2+等A位取代离子制备二元或三元系Na0.5Bi0.5TiO3基薄膜,进一步改善性能。我们希望通过本项目的开展,制备出在铁电、压电等性能指标上均能满足集成器件应用要求的无铅Na0.5Bi0.5TiO3基薄膜材料。
英文摘要
铁电材料由于具有铁电、压电效应等多种特性而广泛地应用于存储器、压电传感器和执行器等众多领域。目前广泛使用的多为性能比较优越的铅基材料,如PbTiO3,Pb(Zr,Ti)O3,Pb(Mg,Nb)O3等,其中PbO的含量高达60%以上,这势必会在生产、使用及废弃后处理过程中造成严重的环境危害。.钛酸铋钠(Na0.5Bi0.5TiO3, NBT)是一种A位复合的ABO3型钙钛矿结构铁电体,已被公认为是有望取代铅基材料的无铅体系,但其铁电压电性能至今还明显差于铅基材料。对NBT基薄膜而言,具有严重的漏电和较大的矫顽场,导致极化非常困难。为了抑制NBT薄膜的漏电,改善其电学性能,我们做了如下工作:.(1) 通过制备纯相NBT薄膜,发现:(i)很容易出现与钙钛矿相共存的焦绿石杂相,推测是由于高温下铋或钠元素的挥发,或者溶液中离子分布不均匀导致了化学计量比的偏离。(ii)薄膜上施加的电压还未达到所要求的极化电压,就已严重漏电,铁电畴在极化过程中无法充分翻转。分析NBT薄膜漏电流大的原因是由于薄膜内部存在的大量缺陷,如氧空位所造成的。因此,我们将在以下部分探讨如何得到单一相的NBT薄膜,以及如何抑制氧空位或控制缺陷。.(2) 纯相钙钛矿结构NBT基薄膜可以通过以下途径获得:焦绿石杂相在更高的退火温度下可以转换为钙钛矿相;通过在前驱体溶液中加入聚乙二醇,使离子分布更均匀,降低了结晶前离子重排需要的能量;与结晶温度低,结构相同的BiFeO3薄膜固溶。后两种方法可以在500°C的低温下获得单一相NBT基薄膜。.(3) 以 NBT为参照,通过离子掺杂,如:Fe离子、Ce离子、Zr离子、CeFe离子共掺,以及非化学计量比等方法的应用有效地改善了NBT薄膜的电学性能。尤其是,在500kV/cm的电场强度下,(Ce,Fe)共掺的NBT漏电流密度降低了大约2个数量级,并从缺陷化学的角度予以解释。.(4) 在离子掺杂改性NBT的基础上,通过与BiFeO3形成固溶体薄膜,更进一步的提高了NBT薄膜的铁电性,并且具有较强的铁磁性。在550kV/cm的电场强度下,剩余极化强度为32.6μC•cm-2,矫顽场为84 kV•cm-1。.通过本项目的开展,为提高NBT薄膜的电学性能提供了有效的实验方法和理论依据。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1016/j.matlet.2011.08.067
发表时间:2012
期刊:Materials Letters
影响因子:3
作者:C. H. Yang;W. B. Wu;F. Yang;H. T. Wu;X. Y. Zhang
通讯作者:X. Y. Zhang
Effects of annealing temperature on the microstructure, electrical properties of Fe-doped Na0.5Bi0.5TiO3 thin films
退火温度对Fe掺杂Na0.5Bi0.5TiO3薄膜微观结构和电学性能的影响
DOI:10.1016/j.jallcom.2013.10.117
发表时间:2014-02
期刊:Journal of Alloys and Compounds
影响因子:6.2
作者:H. T. Sui;C. H. Yang;M. S. Zhao;W. Q. Lin;C. Feng
通讯作者:C. Feng
Effect of annealing temperature on electrical properties of metal-ferroelectric (BiFeO3)-insulator (Bi2Ti2O7)-silicon capacitors
退火温度对金属-铁电(BiFeO3)-绝缘体(Bi2Ti2O7)-硅电容器电性能的影响
DOI:10.1016/j.mee.2011.09.004
发表时间:2012-03
期刊:Microelectronic Engineering
影响因子:2.3
作者:C. H. Yang;G. D. Hu;J. C. Wang
通讯作者:J. C. Wang
DOI:10.1063/1.3676663
发表时间:2012-01
期刊:Applied Physics Letters
影响因子:4
作者:Changhong Yang;G. Hu;Weibing Wu;H. T. Wu;Fuqian Yang;Zeyu Lu;Lianzhou Wang
通讯作者:Changhong Yang;G. Hu;Weibing Wu;H. T. Wu;Fuqian Yang;Zeyu Lu;Lianzhou Wang
Enhanced electrical properties of BiFeO3 films deposited on (Ba0.5Sr0.5)TiO3/Si substrates
(Ba0.5Sr0.5)TiO3/Si 基底上沉积的 BiFeO3 薄膜的增强电性能
DOI:--
发表时间:2012
期刊:Journal of Ceramic Processing Research
影响因子:1.3
作者:X.Y. Zhang;C. H. Yang;J. C. Wang;H. Jiang;Y. L. Ding
通讯作者:Y. L. Ding
柔性高储能密度NBT基薄膜的组成设计及形变对其性能的影响机制研究
  • 批准号:
    51972144
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    杨长红
  • 依托单位:
国内基金
海外基金