la-，ca-pbtio3納米晶的結構和聲子特性

1、L a 一 ， C a — P b T i O3 納 米 晶 的 結 構 和 聲 子 特 性 鄧 昱 ， 張 明 生 ( 南 京 大 學 物 理 系， 固體 微 結 構 實驗 室 ， 江 蘇 南 京 2 1 0 0 9 3 )E — ma i l ：ms z @ n j u ． e d u ． c n摘 要 ：采 用 水 熱 法 制 備 了 不 同摻 雜 濃 度 的 L a — Pb Ti O。 ( PL T) 、 C a — P b

2、Ti O 。 ( P CT) 納 米 晶 ，平 均 粒 徑 3 0n m。通 過 透 射 電境 、 X 光 衍 射 和 拉 曼散 射 對 納 米 晶 的 晶格 結 構 和 聲 子 特 性 進 行 了研 究 。 結 果 表 明摻 鑭 引起 P b Ti O聲 子 軟 化 ， 相 變溫 度 降低 ， 并 導 致 晶格 四 方 性 減 小 ， 當摻 鑭 濃度 達 到 1 5時 ，發(fā) 生 四 方一 立 方相 變 ； 摻 鈣 亦使 P b Ti

3、O。四方 性 減 小 ， 但 未 引起 聲子 軟 化 及 結 構 相 變 。 我 們 認 為 P bTi O。 納 米 晶鉛 位摻 雜 引入 多余 電 荷 使 Ti — O 雜 化 減 弱 ， 是 導 致 鐵 電 極 化 減 弱 和 結 構 相 變 的 主 導 原 因 。關 鍵 詞 ：納 米 晶 ； 晶格 結 構 ； 聲子 中 圖 分 類 號 ：TB 3 8 3 文 獻 標 識 碼 ： A 文 章 編 號 ：1 6 7 1 ～ 4 7

4、7 6 ( 2 0 0 3 )0 7 ／ 0 8 — 0 5 2 9 — 0 2S t r u c t u r eo fLa -，Ca - Pb Ti 03na n o c r y s t a l sa ndp ho no nc ha r a c t e r i s t i c sDENG Y u， ZH A NG M i n g — s h e n g( Na t i o n a lLa b o r a t o r yo fS o

5、 l i dS t a t eM i c r o s t r u c t u r e s ， De p a r t me n to fP h y s i c s ，Na n j i n gUn i v e r s i t y，Na n j i n g2 1 0 0 9 3 tC h i n a )Ab s t r a c t ： P LT a n dPC T n a n o c r y s t a l so fv a r i o u

6、 sd o p i n gc o n c e n t r a t i o n swe r ep r e p a r e db yh y d r o —t h e r m a 1t e c h n i q u e， a n dt hea v e r a g eg r a i ns i z ei s3 0n m ． T r a n s m i s s i o ne l e c t r o nm i c r o s c o p e( TEM

7、) ，Ra m a ns p e c t r o s c o p ya n dX— r a yd i f f r a c t i o n ( XRD ) w e r eu s e dt oi n v e s t i g a t et h el a t t i c es t r u c t u r e s ，p h o n o np r o p e r t i e so ft h es a m p l e s ． Lad o p i n

8、gl o we r st h ep h a s et r a n s i t i o nt e m p e r a t u r eo fPb Ti O3n a n o c r y s t a l s ，l e a d i n gt ot h ed e c r e a s eo ft h et e t r a g o n a l i t ya n ds o f t e n i n gb e h a v i o r so ft h ep h

9、 o n o n s ． A t e t r a g o n a l — c u b i cph a s et r a n s i t i o nO C C U R Swh e nLac o n c e nt r a t i o nr e a c h e s1 5． W hi l eCad o p i n gd e c r e a s e st h et e t r a g o n a l i t yo fPT w i t ho u

10、 tc a u s i n gp h o n o ns o f t e n i n ga n dp h a s et r a n s i —t i o n ． W ec o n c l u d et h a tt h ec ha r g ei n t r o d u c e db yd o p i n gm i g h twe a k e nt h eTi — O h y b r i d i z a t i o ni nPb T i

11、O3，w h i c hi st h em a i nc a u s eo ft h e s ed o p i n ge f f e c t s ．Ke ywo r d s ： n a n o c r y s t a l s； l a t t i c es t r u c t u r e ； p h o n o n引摻 雜 可 以 顯 著 改 變 材 料 的 晶 格 結 構 以 及 對 稱 性 ， 是改 善 材 料 性 能 的 重 要

12、手 段 ， 可 以獲 得 純 樣 品 不 具 備 的 許 多 性 質 。近 年來 的 實 驗 研 究 對 摻 雜 體 系 有 了較 多 的 了解 ， 人 們 已 經 可 以根 據 自己 的 需 要 ， 設 計 出 具 有 一 定 居 里 溫 度 的鐵 電材 料 ， 如 P TC。Pb Ti O。鐵 電 納 米 晶 具 有 較 大 的 自 發(fā)極 化 ， 在 工 程 技 術 領 域 應 用 很 廣泛 。為 了 通 過 摻 雜 獲 得 更 加

13、 優(yōu) 異 的 性 能 ，滿 足 實 際應 用 的 特 殊 需 要 ， 鈦 酸 鉛 摻 雜 體 系 一 直 是 受 到 廣 泛 關 注 的 研 究 課 題 。 摻 鑭 鈦 酸 鉛 ( P L T) 具 有 非 常 優(yōu) 越 的非 線 性 光 學 和 熱 釋 電性 能 ，摻 鈣 鈦 酸 鉛 ( P C T) 則 是 良 好 的 熱 電 、 壓 電 材 料 ] 。這 兩 種 材 料 摻 雜 金 屬 均 進 人 Pb位 ， 其 中 鑭 離 子

14、呈 正 三 價 ， 為 不 等 價 摻 雜 ； 鈣 離 子 呈 正 二 價 ， 為 等 價 摻 雜 。 為 了進 一 步 了解 P b Ti O。 納 米 晶 P b位 摻 雜 對 晶格 結 構 、 鐵 收 稿 日期 ：2 0 0 3 — 0 5 — 1 5基 金 項 目 ： 國 家 自然 科 學 基 金 ( 1 0 1 7 4 0 3 4 ) ， 江 蘇 省 自然 科 學 基 金 ( B K2 0 0 1 0 2 6 ) 資 助 項

15、目c 一t “ c ；，厶／ J u } y ～ A u g u s t2 0 0 3@微納 電 子 技 術 2 0 0 3 年 第7 ／ 8 期I n維普資訊 http://www.cqvip.com r 2 2 ] HUANG Y ， DUANX F ，WEIQQ ， e ta 1 ．D i r e c t e da s s e m一[ 2 8 ] LE EW ，P RUZ I NS KY SA， B RAUNPV， M u

16、 l t i — p h o t o nb 】 vo fo n e — d i m e n s i on a 】na n o s t r u c t u r e si nt of u n c t i on a ln e t — po l yme r i z a t i onofwa v e gu i des t r u c t u r e swi t hi nt hr e e -w o r k s [ J 1 ．S c i e n c

17、e ， 2 0 0 1 ， 2 9 1 ： 6 3 0 — 6 3 3 ． d i me n s i o n a lp h o t o n i cc r y s t a l s[ J ] ．A d vMa t e r ，2 0 0 2 ，1 4 ：[ 2 3 ]I cE w ARNE RP E NAASR，F(xiàn)R EE M AN R，RE I S SBD，2 7 1 — 2 7 4 ．P ta 1 ． S u b mi c r o me

18、 t e rme t a l l i cb a r c o d e s[ J 1 ． S c i e n c e ，2 0 0 1 ，[ 2 9 1M ARC H P， W I ITZ I USM ，ME GE NSM ，e ta 1 ．El e c t r o — o p 一2 9 4：1 3 7 — 1 4 1 ． t i cr e s p o n s ea nds wi t c h ab l eBr a g gd i f f r

19、 a c t i o nf orl i q ui de r y s —r 2 4 ] VE IEv 0D，J E DETA ，I X ) B OR F，P td 1 ． S y n t h e s i so ft a l si nc o l l o i d — t e mp l a t e dma t e r i a l s[ J ] ． P h y sRe vE，2 0 0 2 ，ma r c op o r o usm i n e

20、 r a l sw i t hh i gh l yo r de r e dt hr e e — d i m e n s i o n a l6 5：03 1 7 2 0．a r r a Y so fs p h e r o i d a 1v o i s a[ J 1 ．Na t u r e ，1 9 9 7 ，2 8 1 ：5 3 8 ．[ 3 0 1S E EM AN NC，B EICHERA M． E mu l a t i n gb

21、 i o l o g y ：B u l l 一[ 2 5 1 茹 宗 玲 ，向安 ，高 建 平 ．光 子 晶 體 結 構 、 制 備 技 術 和 應 用 進 展 d i n gn a n o s t r u c t u r e sf r o m t h eb o t t o m u p[ J ] ． P NAS，2 0 0 2 ，[ J ] ．電子 元件 與材料 ， 2 0 0 2 ，2 1 ( 9 ) ： 17 — 2 o ．9

22、9 ： 6 4 5 1 - 6 4 5 5 ．[ 2 6 ]S E R V I C ERF ．B u i l d i n gb e t t e rp h o t o n i cc r y s t a l s[ J ] ．S c i 一[ 3 1 1 段 旭 ， 趙 曉鵬．納 米材 料 的 分子 自組裝 合 成 評 述 [ J ] ．材 料 e n c e ，2 0 0 2 ，2 9 5 ：2 3 9 8 — 2 3 9 9 ．導 報 ．

23、 2 0 0 1 ，15 ：4 4 ．[ 2 7 ] VL AS ONYA．B O XZ ，S TURM JC， e ta 1 ．On — c h i pn a t u 一作 者 簡 介 ：r a la s s e mb l yo fs i l l c o np h o t o n i cb a n d g a pc r y s t a l s[ J ] ． N a 一鄭明波 ( 1 9 8 0 一 ) ， 男 ， 南 京 航 空 航

24、 天 大 學 本 科 生 ， 納 米 材 料 合 t u r e ，2 0 0 1 ，4 1 4 ：2 8 9 — 2 9 3 ．成 。( 上 接 第 5 3 0頁 )j ‘ 罰C C 】 O2 O3 O4 05 06 070Di f f r a c t i o nAng l e ／ 2 0圖 4P CT 納 米 晶 XRD 譜 O2 0 o4 0 o6 0 o8 0o1 Oo o圖 5P C T 納 米 晶 拉 曼 散 射 譜 低

25、 。而 對 于 P C T， 由于 沒 有 在 P b位 引 入 多余 電 荷 改 變 Ti — O 雜 化 ， 所 以摻 鈣 對 鈦 酸 鉛 納 米 晶 的 晶 格 結 構 和 聲 子 影 響 不 顯 著 ， 也 不 能 有 效 改 變 其 鐵 電 極 化 大 小 與 鐵 電 相 變 溫 度 。4結 論 采 用 水 熱 法 成 功 地 制 備 了 不 同 摻 雜 濃 度 的 P L T 和 P CT納 米 晶 ， 平 均 粒 徑 為

26、 3 0n l T l ， 晶粒 為 球 。 一 一厶， “ cm如壚 ／ J u I y ～ Au g u s t2 0 0 3形 或 橢 球 形 。 當 摻 雜 濃 度 增 加 時 ， 兩 種 材 料 的 四 方 畸 變 c ／ a均 有 所 下 降 ， 前 者 更 為顯 著 ， 并 且 在 摻 鑭 濃 度 達 到 1 5時 發(fā) 生 四 方一 立 方 相 變 。P L T 中 各 聲 子 振 動 模 隨 L a濃 度 增 加 向 低

27、 頻 率 方 向 移 動 ， 其 中 軟 模 E( I TO) 譜 線 寬 化 ，向 低 頻 方 向 移 動 且 強 度 降 低 ， 表 現(xiàn) 出不 完 全 軟 化 行 為 ： 拉 曼 線 于 5 1c m 處 停 止紅 移 ， 強 度 繼 續(xù) 降 低 直 至 消 失 。 揭 示 了 隨 摻 鑭 濃 度 的增 加 P T 納 米 晶 自發(fā) 極 化 減 弱 ， 鐵 電 相 變 溫 度 降 低 。 而 在 P CT 拉 曼 譜 中 ， 各 聲

28、 子 振 動 模 式 幾 乎 沒 有 移 動 ， 只 有 強 度 的 變 化 。我 們 認 為 P b Ti O。納 米 晶鉛 位 摻 雜 引 入 多 余 電 荷 使 Ti — O 雜 化 減 弱 ， 起 到 了 減 弱 鐵 電極 化 并 引 起 結 構 相 變 的作 用 。參 考 文 獻 ：[ 1 ] w UD，L IAD，GECZ ．Ra ma ns p e c t r o s c o p ya n dX— r a yd i f —

29、f r a c t i o ns t u dyo fs ol — g e ld e r i v e d (Pbl ? La )Ti t 一／ 4Ost hi nf i l mso nS is u b s t r a t e s[ J ] ． Th i nS o l i dFi l ms ， 1 9 9 8： 3 2 2 — 3 2 3 ．[ 2 1D ENG Y，YI N Z，C HENQ． S t r u c t u r a la

30、 n dp h o n o nc h a r a c —t e r i s t i c sofPbLaI 一Ti O3na n o c r y s t a l sp r e p a r e dbyh y d r ot h e r —ma lt e c h n i q u e[ J ] ．Ma t e r i a l sS c i e n c ea n dEn g i n e e r i n gB， 2 0 0 1 ，8 4： 2 48

31、．[ 3 ]KH O IK I NAL， C A IZ A D AM L ，R AMO SP ．E l e c t r o me —c h a n i c a lp r o p e r t i e so fs o l — g e ld e r i v e dC a — mo d i f i e dPb Ti Os [ J ] ．A p p lPhy sIe t t ， 1 9 9 6， 6 9： 36 0 2 ．[ 4 ] I S H

32、I KAW A K ，Y OS HI KAW A K，OKADAN．S i z ee f f e c to nt hef e r r oe l e c t r i cp ha s et r a ns i t i oni nPb Ti Osu hr a f i n epa r t i c l e s[ J ] ．P h y sRe v ，B，1 9 8 8 ，3 7 ：5 8 5 2 ．[ 5 ]C O HE NRE ．Or i g

33、i no ff e r r o e l e c t r i c i t yi nP e r o v s k i t eo x i d e s[ J ] ．Na t u r e ，1 9 9 2 ，3 8 5 ： 1 3 6 ．作 者 簡 介 ：鄧 昱 ( 1 9 7 6 - ) ， 江 蘇 南 京 人 ， 南 京 大 學 物 理 系 凝 聚 態(tài) 物 理 專 l博 士 生 ， 研 究 方 向 為 光 電 和 鐵 電 物 理 。@微納 電