溶膠凝膠法制備2-2型磁電復(fù)合薄膜.pdf

1、磁電復(fù)合材料同時(shí)具備鐵電和鐵磁性能,不同鐵性之間的耦合作用導(dǎo)致復(fù)合材料具有磁電效應(yīng)等新的性能,這使得其在多功能器件中得到了廣泛應(yīng)用。這種復(fù)合材料在外磁場作用下能夠產(chǎn)生介電極化或者在外電場作用下產(chǎn)生磁極化的特性,既具有磁有序和鐵電有序兩種有序結(jié)構(gòu)共存,同時(shí)兩種有序結(jié)構(gòu)之間又存在一定形式的耦合。
　　 相比塊狀復(fù)合材料,磁電復(fù)合薄膜是在納米尺度上進(jìn)行復(fù)合,使其擁有獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),能夠在各種微型器件上得到廣泛應(yīng)用。其中,CoFe2Od Pb

2、(Zr0.53T0.47)O3(CFO/PZT)復(fù)合薄膜得到廣泛研究和關(guān)注,這是因?yàn)镃oFe2O4具有大的磁致伸縮系數(shù),Pb(Zr0.53Ti0.47)O3有良好的壓電特性,最終能耦合產(chǎn)生大的磁電電壓系數(shù)。磁電復(fù)合薄膜有3種不同的復(fù)合方式,即0-3型、2-2型、1-3型。相比較來說,2-2型復(fù)合結(jié)構(gòu)更容易控制薄膜的生長,以及鐵電相和鐵磁相的相對體積分?jǐn)?shù),同時(shí)能顯著降低薄膜漏電流的大小。因此,2-2型復(fù)合結(jié)構(gòu)有一定的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用潛力。

3、>　　 本論文主要用溶膠-凝膠法在Pt/Ti/SiO2/Si基片上旋涂制備了CoFe2O4/Pb(Zr0.53Ti0.47)O3磁電復(fù)合薄膜,薄膜為2-2型層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)。利用XRD和DSC結(jié)果,分析薄膜和粉體的熱行為和退火工藝。通過薄膜表面和斷面的SEM圖像,研究薄膜的微觀形貌,并系統(tǒng)研究了磁電復(fù)合薄膜的鐵電、鐵磁和磁電耦合性能,最后應(yīng)用固體與分子經(jīng)驗(yàn)理論(EET)計(jì)算了PZT和CFO價(jià)電子結(jié)構(gòu)。
　　 本文主要研究成果如下:

4、首先制備了PZT和CFO的前驅(qū)體溶膠及粉體,分析了粉體的熱行為,確定了薄膜最佳的熱處理工藝和退火溫度,并在此基礎(chǔ)上采用溶膠凝膠法制備了2-2型結(jié)構(gòu)的CFO-PZT磁電復(fù)合薄膜,薄膜結(jié)構(gòu)為基片/PZT/CFO/PZT/CFO。實(shí)驗(yàn)研究了前驅(qū)體溶液的濃度、螯合劑檸檬酸添加量對薄膜微觀形貌的影響,以期最終制備出微觀形貌優(yōu)良,界面清晰平整的磁電復(fù)合薄膜。低濃度的CFO前驅(qū)體溶膠有利于得到更好微觀形貌的薄膜,檸檬酸的添加量能顯著影響薄膜的厚度。實(shí)

5、驗(yàn)結(jié)果顯示制備出的磁電復(fù)合薄膜具有優(yōu)良的鐵電和鐵磁性能,和單相的鐵磁和鐵電薄膜具有一定的可比性。實(shí)驗(yàn)采用磁電測試系統(tǒng)測試了不同靜磁場條件下的薄膜磁電電壓系數(shù),并研究了靜磁耦合效應(yīng)對復(fù)合薄膜磁電耦合性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示復(fù)合薄膜具有優(yōu)良的磁電耦合性能。最后應(yīng)用固體與分子經(jīng)驗(yàn)理論(EET)計(jì)算了鐵電材料PbZr;Ti1-xO3以及鐵磁材料CoFe2O4的價(jià)電子結(jié)構(gòu),并在此基礎(chǔ)上分析了PZT和CFO的鐵電和鐵磁性能。計(jì)算結(jié)果與其它理論計(jì)算結(jié)