鈣鈦礦鐵電氧化物具有自發(fā)極化且其極化方向能夠隨外加電場反轉(zhuǎn),在傳感器、存儲器、光催化等領(lǐng)域有著十分廣闊的應(yīng)用前景。近年來,鈣鈦礦鐵電氧化物異質(zhì)結(jié)因其新穎而豐富的物理化學性質(zhì),成為材料科學與凝聚態(tài)物理的研究熱點。因此,設(shè)計并制備鈣鈦礦鐵電氧化物異質(zhì)結(jié),系統(tǒng)地研究溶液外延生長調(diào)控、界面微結(jié)構(gòu)、鐵電極化屏蔽機制及其界面性質(zhì),具有十分重要的科學意義。本論文首先概述了鈣鈦礦氧化物的晶體結(jié)構(gòu)與功能性,總結(jié)了鈣鈦礦鐵電氧化物的鐵電極化屏蔽機制以及極化表面的化學性質(zhì)。同時,重點討論了鈣鈦礦氧化物異質(zhì)結(jié)特別是鈣鈦礦鐵電氧化物異質(zhì)結(jié)的制備方法、界面性質(zhì)與物理機制。然而,鐵電極化對晶體生長、界面微結(jié)構(gòu)及其性能的影響尚不清楚,主要問題在于脈沖激光沉積（PLD）、分子束外延（MBE）等經(jīng)典的薄膜制備技術(shù)需要較高的合成溫度（一般大于600℃）,導(dǎo)致基板的鐵電性大幅度下降甚至消失。本文創(chuàng)新性地提出靜電力驅(qū)動的氧化物溶液外延生長的設(shè)計思路,使用單晶單疇的PbTi03（PTO）納米片作為基板,利用水熱法合成了多種鈣鈦礦鐵電氧化物異質(zhì)結(jié),對其界面微結(jié)構(gòu)、鐵電極化屏蔽、界面性質(zhì)及其可能的物理機制進行了系統(tǒng)的研究。本論文的主... 

【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：159 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 鈣鐵礦氧化物概述
        1.2.1 鈣鈦礦氧化物的晶體結(jié)構(gòu)
        1.2.2 鈣鈦礦氧化物的功能性
    1.3 幾種典型的鈣鈦礦氧化物
        1.3.1 鈦酸鉛PbTiO_3(PTO)
        1.3.2 鈦酸鍶SrTiO_3(STO)
        1.3.3 鐵酸鉍BiFeO_3(BFO)
    1.4 鐵電極化屏蔽及極化表面的化學性質(zhì)
        1.4.1 鐵電極化屏蔽
        1.4.2 鐵電極化表面的化學性質(zhì)
        1.4.3 PTO的表面化學性質(zhì)
    1.5 鈣鈦礦氧化物異質(zhì)結(jié)及其界面
        1.5.1 鈣鈦礦氧化物異質(zhì)結(jié)界面概述
        1.5.2 鈣鈦礦氧化物異質(zhì)結(jié)的制備方法
        1.5.3 鈣鈦礦氧化物異質(zhì)結(jié)界面的物理機制
        1.5.4 鈣鈦礦鐵電氧化物異質(zhì)結(jié)的界面效應(yīng)
    1.6 本論文研究思路與主要研究內(nèi)容
第二章 實驗與測試技術(shù)
    2.1 化學藥品與實驗儀器
        2.1.1 化學藥品
        2.1.2 實驗儀器與設(shè)備
    2.2 材料制備工藝
        2.2.1 水熱法制備單晶單疇PbTiO_3納米片
        2.2.2 水熱法制備SrTiO_3/PbTiO_3(STO/PTO)納米單晶異質(zhì)結(jié)
        2.2.3 水熱法制備BiFeO_3/PbTiO_3(BFO/PTO)納米單晶異質(zhì)結(jié)
        2.2.4 水熱法制備TiO_2/PbTiO_3(TiO_2/PTO)納米單晶異質(zhì)結(jié)
        2.2.5 水熱法合成NaTaO_3/SrTiO_3(NTO/STO)大尺寸單晶異質(zhì)結(jié)
    2.3 結(jié)構(gòu)分析和性能測試方法
        2.3.1 X射線衍射(XRD)
        2.3.2 掠入射X射線廣角散射(GIWAXS)
        2.3.3 場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)
        2.3.4 透射電子顯微鏡(TEM)
        2.3.5 球差校正場發(fā)射掃描透射電子顯微鏡、X射線能譜與電子能量損失譜
        2.3.6 環(huán)氧樹脂包埋切片
        2.3.7 雙束聚焦離子束微納加工儀(FIB)
        2.3.8 比表面積測試
        2.3.9 紫外-可見分光光度計(UV-Vis Spectrophotometer)
        2.3.10 光致發(fā)光光譜分析(PL)
        2.3.11 X射線光電子能譜(XPS)
        2.3.12 原子力顯微鏡(AFM)
        2.3.13 多功能振動樣品磁強計系統(tǒng)(VSM)
        2.3.14 電子磁手性二向色性技術(shù)(EMCD)
        2.3.15 靜態(tài)太赫茲光譜技術(shù)(THz)
        2.3.16 光解水產(chǎn)氫及光降解有機物性能表征
    2.4 第一性原理計算
第三章 STO/PTO異質(zhì)結(jié)的制備、鐵電極化屏蔽及磁學性能研究
    3.1 引言
    3.2 樣品制備
    3.3 STO/PTO異質(zhì)結(jié)界面微結(jié)構(gòu)表征及鐵電極化屏蔽機制探究
        3.3.1 STO/PTO異質(zhì)結(jié)界面微結(jié)構(gòu)表征
        3.3.2 STO/PTO異質(zhì)結(jié)界面的鐵電極化屏蔽
    3.4 STO/PTO異質(zhì)結(jié)的磁學性能以及機理探究
        3.4.1 STO/PTO異質(zhì)結(jié)的磁學性能
        3.4.2 STO/PTO異質(zhì)結(jié)鐵磁性與可逆磁轉(zhuǎn)變的機理
    3.5 本章小結(jié)
第四章 BFO/PTO異質(zhì)結(jié)的制備、鐵電極化屏蔽及磁學性能研究
    4.1 引言
    4.2 BFO/PTO異質(zhì)結(jié)的制備及生長調(diào)控
        4.2.1 樣品制備
        4.2.2 結(jié)果與討論
    4.3 BFO/PTO異質(zhì)結(jié)的微結(jié)構(gòu)表征、鐵電極化屏蔽及生長機制探究
        4.3.1 BFO/PTO異質(zhì)結(jié)的微結(jié)構(gòu)表征
        4.3.2 BFO/PTO異質(zhì)結(jié)界面的鐵電極化屏蔽
        4.3.3 BFO/PTO異質(zhì)結(jié)的生長機制探究
    4.4 BFO薄膜的厚度調(diào)控及BFO/PTO異質(zhì)結(jié)的磁學性能研究
        4.4.1 BFO薄膜的厚度調(diào)控
        4.4.2 BFO/PTO異質(zhì)結(jié)的磁學性能
        4.4.3 BFO/PTO異質(zhì)結(jié)鐵磁性與可逆磁轉(zhuǎn)變的機理
    4.5 本章小結(jié)
第五章 TiO_2/PTO異質(zhì)結(jié)的制備、鐵電極化屏蔽及光催化性能研究
    5.1 引言
    5.2 TiO_2/PTO異質(zhì)結(jié)的制備及其生長調(diào)控
        5.2.1 樣品制備
        5.2.2 結(jié)果與討論
    5.3 TiO_2/PTO異質(zhì)結(jié)的微結(jié)構(gòu)表征、鐵電極化屏蔽及其生長機理
        5.3.1 TiO_2/PTO異質(zhì)結(jié)的微結(jié)構(gòu)表征
        5.3.2 TiO_2/PTO異質(zhì)結(jié)界面的鐵電極化屏蔽
        5.3.3 TiO_2/PTO異質(zhì)結(jié)的生長機制探究
    5.4 TiO_2/PTO異質(zhì)結(jié)的可見光催化性能
        5.4.1 TiO_2/PTO異質(zhì)結(jié)的極化方向依賴的可見光催化性能
        5.4.2 TiO_2/PTO異質(zhì)結(jié)的極化方向依賴的可見光催化機理探究
        5.4.3 TiO_2薄膜厚度對可見光催化性能的影響
    5.5 本章小結(jié)
第六章 宏觀尺寸NTO/STO單晶異質(zhì)結(jié)的制備及性能研究
    6.1 引言
    6.2 NTO/STO單晶異質(zhì)結(jié)的制備及其生長調(diào)控
        6.2.1 樣品制備
        6.2.2 結(jié)果與討論
    6.3 NTO/STO單晶異質(zhì)結(jié)的微結(jié)構(gòu)表征以及厚度調(diào)控
        6.3.1 NTO/STO單晶異質(zhì)結(jié)的微結(jié)構(gòu)表征
        6.3.2 NTO/STO單晶異質(zhì)結(jié)的厚度調(diào)控
    6.4 NTO/STO單晶異質(zhì)結(jié)的磁學性能研究
    6.5 本章小結(jié)
第七章 結(jié)論與展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 展望
參考文獻
致謝
個人簡歷及攻讀學位期間取得的科研成果



本文編號：3197300