温度对不同晶体取向BaTiO 3 薄膜电学性能影响的实验和理论研究
发布时间：2024-02-01 10:03
铁电薄膜材料由于具有压电、热释电、光电、声光、非线性光学效应及高介电系数等一系列优良特性,使它在多个领域具备潜在的应用前景,受到了非常广泛的关注。近年来,已有众多研究表明可以通过改变各种各样的参数对薄膜性能进行调控,其中薄膜的晶体取向就是影响其性能的一个关键因素。此外,研究材料在外场作用下的纳尺度电畴行为是分析其宏观铁电、压电性能的基本途径之一,同时也能够为理解铁电材料的存储特性提供参考。因此,本文选取不同晶体取向的BaTiO3(BTO)铁电薄膜作为研究对象,首先利用压电力显微镜(PFM)表征了不同晶体取向BTO薄膜的畴结构及压电性能,并系统的研究了不同晶体取向BTO薄膜在温度场下的畴态演变过程和压电响应变化规律。其次通过非线性热力学理论推导出(111)取向铁电薄膜的单晶多畴模型,采用实验与理论相结合的方式,研究了BTO(111)铁电薄膜在温度场下的畴态演变过程。最后分析了不同晶体取向BTO薄膜的介电、压电性能与温度的变化关系。本论文的主要内容如下:1.采用溶胶凝胶法,分别在(001)、(110)、(111)三种取向的Nb:SrTiO3(N:...
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 铁电薄膜材料简介
1.1.1 铁电薄膜的研究现状及发展趋势
1.1.2 铁电薄膜的性质及应用
1.1.3 不同晶体取向钙钛矿型铁电薄膜的结构特点
1.2 压电力显微镜(PFM)和畴结构概述
1.2.1 电畴的定义
1.2.2 PFM简介和工作原理
1.2.3 面外和面内畴的描述
1.3 择优取向铁电薄膜材料电学性能的研究现状
1.3.1 择优取向薄膜电学性能的实验研究现状
1.3.2 择优取向薄膜电学性能的理论研究现状
1.3.3 外场作用下铁电薄膜畴变和性能变化的研究现状
1.4 论文的研究意义和主要内容
1.4.1 论文的研究目的及意义
1.4.2 论文的主要研究内容
第2章 不同晶体取向BaTiO3薄膜的制备及基本表征
2.1 引言
2.2 不同晶体取向BaTiO3薄膜的制备
2.2.1 衬底的选择
2.2.2 前驱体溶液的配制
2.2.3 甩膜及快速热处理工艺
2.3 不同晶体取向BaTiO3薄膜的微观结构表征
2.3.1 BaTiO3薄膜的原始形貌(AFM)测试
2.3.2 BaTiO3薄膜的XRD测试
2.3.3 BaTiO3薄膜的Φ扫描测试
2.3.4 BaTiO3薄膜的拉曼光谱测试
2.4 不同晶体取向BaTiO3薄膜的基本电学性能表征
2.4.1 (001)取向BaTiO3薄膜的CAFM表征
2.4.2 (110)取向BaTiO3薄膜的CAFM表征
2.4.3 (111)取向BaTiO3薄膜的CAFM表征
2.5 本章小结
第3章 温度场下不同晶体取向BaTiO3薄膜的畴变观测
3.1 引言
3.2 不同晶体取向BaTiO3薄膜的畴结构
3.2.1 (001)取向BaTiO3薄膜的面外及面内畴结构
3.2.2 (110)取向BaTiO3薄膜的面外及面内畴结构
3.2.3 (111)取向BaTiO3薄膜的面外及面内畴结构
3.3 不同晶体取向BaTiO3薄膜的压电性能
3.3.1 不同晶体取向BaTiO3薄膜的压电性能
3.3.2 晶体取向对BaTiO3薄膜畴结构和压电性能的影响
3.4 温度场下不同晶体取向BaTiO3薄膜的畴态演变及压电响应
3.4.1 温度场下(001)取向BaTiO3薄膜的畴态演变及压电响应
3.4.2 温度场下(110)取向BaTiO3薄膜的畴态演变及压电响应
3.4.3 温度场下(111)取向BaTiO3薄膜的畴态演变及压电响应
3.4.4 温度作用下不同取向BaTiO3薄膜的畴态演变及压电响应的分析
3.5 本章小结
第4章 温度作用下不同晶体取向BaTiO3薄膜的相图和性能分析
4.1 引言
4.2 不同晶体取向单晶多畴铁电薄膜热力学模型的建立
4.2.1 (001)取向单晶单畴热力学理论模型的建立
4.2.2 (110)及(111)取向铁电薄膜自由能表达式推导
4.2.3 (110)及(111)取向薄膜单晶多畴模型的建立
4.3 温度作用下(001)和(110)取向BaTiO3薄膜的理论分析
4.3.1 温度对(001)取向BaTiO3薄膜的相图及压电介电性能的影响
4.3.2 温度对(110)取向BaTiO3薄膜的相图及压电介电性能的影响
4.4 温度作用下(111)取向BaTiO3薄膜的理论分析
4.4.1 基于压电效应估算(111)取向BaTiO3薄膜面内应变
4.4.2 温度作用下(111)取向BaTiO3薄膜畴变的相图分析
4.4.3 温度对(111)取向BaTiO3薄膜的压电和介电性能的影响
4.5 本章小结
第5章 总结和展望
5.1 全文总结
5.2 工作展望
参考文献
致谢
个人简历、在校期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3891941
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 铁电薄膜材料简介
1.1.1 铁电薄膜的研究现状及发展趋势
1.1.2 铁电薄膜的性质及应用
1.1.3 不同晶体取向钙钛矿型铁电薄膜的结构特点
1.2 压电力显微镜(PFM)和畴结构概述
1.2.1 电畴的定义
1.2.2 PFM简介和工作原理
1.2.3 面外和面内畴的描述
1.3 择优取向铁电薄膜材料电学性能的研究现状
1.3.1 择优取向薄膜电学性能的实验研究现状
1.3.2 择优取向薄膜电学性能的理论研究现状
1.3.3 外场作用下铁电薄膜畴变和性能变化的研究现状
1.4 论文的研究意义和主要内容
1.4.1 论文的研究目的及意义
1.4.2 论文的主要研究内容
第2章 不同晶体取向BaTiO3薄膜的制备及基本表征
2.1 引言
2.2 不同晶体取向BaTiO3薄膜的制备
2.2.1 衬底的选择
2.2.2 前驱体溶液的配制
2.2.3 甩膜及快速热处理工艺
2.3 不同晶体取向BaTiO3薄膜的微观结构表征
2.3.1 BaTiO3薄膜的原始形貌(AFM)测试
2.3.2 BaTiO3薄膜的XRD测试
2.3.3 BaTiO3薄膜的Φ扫描测试
2.3.4 BaTiO3薄膜的拉曼光谱测试
2.4 不同晶体取向BaTiO3薄膜的基本电学性能表征
2.4.1 (001)取向BaTiO3薄膜的CAFM表征
2.4.2 (110)取向BaTiO3薄膜的CAFM表征
2.4.3 (111)取向BaTiO3薄膜的CAFM表征
2.5 本章小结
第3章 温度场下不同晶体取向BaTiO3薄膜的畴变观测
3.1 引言
3.2 不同晶体取向BaTiO3薄膜的畴结构
3.2.1 (001)取向BaTiO3薄膜的面外及面内畴结构
3.2.2 (110)取向BaTiO3薄膜的面外及面内畴结构
3.2.3 (111)取向BaTiO3薄膜的面外及面内畴结构
3.3 不同晶体取向BaTiO3薄膜的压电性能
3.3.1 不同晶体取向BaTiO3薄膜的压电性能
3.3.2 晶体取向对BaTiO3薄膜畴结构和压电性能的影响
3.4 温度场下不同晶体取向BaTiO3薄膜的畴态演变及压电响应
3.4.1 温度场下(001)取向BaTiO3薄膜的畴态演变及压电响应
3.4.2 温度场下(110)取向BaTiO3薄膜的畴态演变及压电响应
3.4.3 温度场下(111)取向BaTiO3薄膜的畴态演变及压电响应
3.4.4 温度作用下不同取向BaTiO3薄膜的畴态演变及压电响应的分析
3.5 本章小结
第4章 温度作用下不同晶体取向BaTiO3薄膜的相图和性能分析
4.1 引言
4.2 不同晶体取向单晶多畴铁电薄膜热力学模型的建立
4.2.1 (001)取向单晶单畴热力学理论模型的建立
4.2.2 (110)及(111)取向铁电薄膜自由能表达式推导
4.2.3 (110)及(111)取向薄膜单晶多畴模型的建立
4.3 温度作用下(001)和(110)取向BaTiO3薄膜的理论分析
4.3.1 温度对(001)取向BaTiO3薄膜的相图及压电介电性能的影响
4.3.2 温度对(110)取向BaTiO3薄膜的相图及压电介电性能的影响
4.4 温度作用下(111)取向BaTiO3薄膜的理论分析
4.4.1 基于压电效应估算(111)取向BaTiO3薄膜面内应变
4.4.2 温度作用下(111)取向BaTiO3薄膜畴变的相图分析
4.4.3 温度对(111)取向BaTiO3薄膜的压电和介电性能的影响
4.5 本章小结
第5章 总结和展望
5.1 全文总结
5.2 工作展望
参考文献
致谢
个人简历、在校期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3891941
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