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第31卷第4期辽宁工程技术大学学报（自然科学版）2012年8月V ol.31No.4Journal of Liaoning Technical University （Natural Science ）Aug.2012收稿日期：基金项目：国家自然科学基金资助项目(63)；辽宁省科研基金资助项目(666)作者简介：陈辉(),女,吉林吉林人,博士,讲师,主要从事低维凝聚态体系研究本文编校：焦丽文章编号：1008-0562(2012)04-0548-04梯度铁电薄膜热释电性质的理论研究陈辉，成泰民，陈思群(沈阳化工大学数理系，辽宁沈阳110142)摘要：为了探讨提高铁电薄膜热释电性质的理论途径，建立组分梯度铁电薄膜的理论模型，在热力学唯像理论的框架下，引入一个分布函数描述组分梯度的特性，通过改变参数a 、外电场的强度及方向等因素，重点研究了组分梯度铁电薄膜的热释电性质.研究表明：薄膜内各组分的梯度分布导致了极化强度的梯度分布；参数a 和所施加外电场的情况是影响铁电薄膜性质的两个重要因素，对改变热释电材料的工作温区和探测灵敏度都有显著影响，该论文的研究为铁电薄膜热释电器件的制备及实际应用提供了理论参考依据.关键词：铁电薄膜;组分梯度;相变温度;热释电系数;唯象理论;分布函数;电场强度;自发极化中图分类号：O 482.4文献标志码：ATheoretical investigation on the pyroelectric properties of gradedferroelectric thin filmsCHEN Hui,CHENG Taimin,CH EN Siquan(Shenya ng University of Chemica l Technology ,Shenyang 110142,China )Abstra ct:In order to investigate the theoretical method to improve the pyroelectric properties of ferroelectric thin films,a theoretical model for component-graded ferroelectric thin films is developed in this study .In the framework of the thermodynamic theory ,a distribution function is introduced to characterize the properties of graded components.With the variation of parameter a and the external electric field,the pyroelectric properties of component-graded ferroelectric thin films are mainly investigated.The study shows that the component gradient leads to the graded-polarization distribution in films.The parameter a and the external electric field are two main factors affecting the films properties,which have obvious impact on pyroelectric working temperature region and pyroelectric detective insensitivity.The results provide a theoretical reference for the preparation and applications of pyroelectic apparatus.Key wor ds:ferroelectric thin film;component gradient;phase transition temperature;pyroelectric coefficient;phenomenological theory;distribution function;electric filed intensity;spontaneous polarization0引言功能梯度材料的概念是在1984年前后，由日本仙台地区的几位材料学家提出的.功能梯度材料，是指构成材料的要素(组分、微结构和浓度等)沿着材料厚度的方向从一侧向另外一侧呈现连续变化或者阶梯变化的分布，材料内部没有宏观界面，成分和组织呈缓慢过渡状态，从而使材料的性质和功能也呈现梯度变化的一种高新复合材料.功能梯度材料具有非常广阔的应用前景，其中组分梯度铁电薄膜由于其组成和微结构具有相关特定的功能性质，同时还与块材和传统薄膜材料不同的物理特性，因而引起材料科学研究者的极大兴趣.铁电材料的热释电性质在红外探测器的制备和应用上的研发是目前的一个热点问题[1-15].研究者们分别采用掺杂改性[4,5]，改善薄膜的制备方法、工艺流程以及器件的构造设计[6-8]等方面都作了不断的努力，近些年来关于组分梯度铁电材料热释电性质的研究不断涌现并取得了很显著的成绩[9-15].理论方面吕等人[12]提出了一种新的理论模型，具有不同相变温度的两种铁电材料垂直于极化方向进行复合.由于薄膜的长度要远远大于薄膜的厚度，那么就可以在很大程度上降低薄膜制备的高温烧结过程中不同相间扩散带来的影响又保留了复合材料的特质，同时又可以不过分拘泥于材料的厚度而提高了阵列结构的集成度.实验方面吴等人[13-15]采用溶胶-凝胶法，通过形成玻璃相对BST/PL T 颗粒的包裹结构避免BST 相和PL T 相间的直接扩2012-04-17104718200071979-.第4期陈辉，等：梯度铁电薄膜热释电性质的理论研究549散，成功合成了具有良好的粒径分布和合适的颗粒尺寸的两相共存无机热释电复合厚膜材料.在该厚膜材料中，与薄膜相扩散的BST/PL T 相分别在0~90℃和90~200℃温度范围内具有优秀的热释电性能，在两相的共同作用下复合厚膜在超宽的0~2000C 温度范围内具有较高的热释电系数和热释电探测灵敏度优值.本文中提出组分梯度铁电薄膜的理论模型，探讨各组分间相变温度的关系、施加外电场的强度与方向等因素对铁电材料的热释电性质的影响，以期从理论上探讨改善铁电材料热释电性质的理论途径，并为对实际应用提供一定的理论参考依据.1理论模型图1为夹持在两金属电极之间的组分梯度铁电薄膜模型.图1组分梯度铁电薄膜的理论模型Fig.1theoretical model for component-gradedferroelectric thin films不同化学组分的单层膜由电极间颜色深浅的变化来表示，制备中经高温煅烧后在一定的温度和外加电场下淬火，由于原子间的扩散作用使得相邻单层铁电组分的分界限变得模糊，最终在薄膜内部形成连续的成分梯度.直角坐标系如图中所示，假定薄膜的厚度沿着z 轴方向为2L ，且各组分呈梯度分布，由于尺寸效应和材料成分的阶梯变化导致自发极化沿z 轴方向的分布是不均匀的.为了集中讨论沿z 轴方向组分梯度的变化，假设薄膜在x 轴和y 轴方向是均匀的(二维平面图，故未标出y 轴).2理论方法假设所有组分均为二级相变铁电材料，且自发极化均沿着z 轴的正方向.体系单位面积的吉布斯自由能可以写为：22241111d 1d ()2242d 2L Lc dLG G P z AT T P A z P BP K E P E Pz ,(1)其中，0G 是体系处于顺电相时的自由能；c T 是梯度薄膜边界L z 处组分对应的相变温度；D C B A ,,,是与温度和坐标无关的参数，对于二级相变,0,A B0C .E 是沿z 轴所施加的恒定外电场(沿z 轴正方向或反方向)；d E 是由于薄膜内部极化不均匀所引起的退极化场，在本文中的计算中忽略退极化场的影响；)(z 为通过描述铁电薄膜内温度梯度变化来反映组分梯度变化的分布函数，故具有温度的量纲.根据条件0G ，并选取边界条件d d 0x LP x，可得到Euler 方程：22352z =d ()()0d d 0d c dLPKAT T P A z P B P CP E E T Pz .(2)为了便于计算，将公式(2)进行重整化处理，令0,c t T T f P P ，0c P A T B ；0e E E ，0E P ；z，0lL，0c D A T ；10()c A T ，其中为真空中的介电常数；为三维体材料的居里常数与居里温度的比值.通常二级相变铁电材料的居里常数的数量级为310K ，而居里温度的数量级为210K ，不失一般性，在本文的研究中取4作为代表值进行计算.公式(2)重整化为：2302d 1()()d d 0dlf t f ff E ff f .(3)由于复合材料内部存在成分梯度，引入结构分布函数描述材料成分的变化，同时也可以将电极、晶格缺陷、外界应力的影响一并归入结构函数中.为了保证自发极化及其导数的连续性，要求)(z 及其导数满足在zL L ,的区间内连续，为了描述方便且不失一般性，取)(z 为随坐标z 变化的简单的连续分布函数形式，并重整化为：()sin ()c T a b cl l ≤≤(4)式中a 代表梯度薄膜内部梯度结构的居里温度偏离温度c T 的程度，c b,是为与膜厚有关的常数，π4b c ，其中c 为梯度薄膜厚度的一半，当a 取零时，就是居里温度为T 的体材料0-LZL 金属电极金属电极Xc .辽宁工程技术大学学报（自然科学版）第31卷550由热释电系数定义，可得：0cTP P TT ，(5)式中，LLdz z P L P)(21，tf t，0fP P .在计算中取正的热释电系数为代表值进行计算，表示为：tft.(6)3数值计算结果及讨论在图2中铁电膜的厚度为04L，分别改变参数a (实线部分)和薄膜温度t (虚线部分)的取值研究梯度铁电薄膜内极化强度沿z 轴方向的分布.从图中可以看出成分梯度的存在导致了薄膜内极化强度的梯度分布，由于选取了04z 处组分对应最大相变温度T c ，其它组分相变温度依次降低，由于不同组分间的相互作用，整个曲线由左向右极化强度逐步升高.随着参数a 的逐渐增加，各组分相变温度朝着减小方向偏离T c 越来越大，故极化分布也逐渐降低.可以看到参数a 的升高所导致的极化降低在薄膜内部不同位置所造成的影响并不一致：在相变温度较小组分处(曲线偏左部分)造成的影响较大，在相变温度较大组分处(曲线偏右部分)造成的影响相对较小.改变薄膜的温度，可以看到随着温度的升高薄膜的极化强度下降，并在薄膜内部造成的影响一致，极化分布平行下移.图2组分梯度铁电薄膜内部的极化强度分布Fig.2polarization distribution in component-gradedferroelectric thin films在图3中研究外电场变化情况(大小及方向均发生变化)下，铁电薄膜的平均极化强度与温度的变化关系.图中虚线代表无外加电场情况(0e ).从图中可以看出，与无外电场情况相比，当施加的外电场方向与薄膜内各组分的自发极化方向一致时(,3)，薄膜的平均极化强度增加了，相变温度也向高温区移动，且相变温度处曲线变得比较平缓.当的外电场方向与薄膜内部各组分的自发极化方向相反时(0.01,0.015,0.02e )，薄膜的平均极化强度降低了，当温度到达某一值时，薄膜的平均极化强度突然下降，这种变化和一级相变的铁电材料有些相似.发生这一现象的原因可以解释为：梯度铁电薄膜是由许多相变温度不同的组分复合而成，当施加的反向外电场在该温度下达到了某种组分的矫顽场时，该组分便发生了极化反转，导致薄膜的平均极化强度突然大幅降低；随着反向电场强度的增加，平均极化强度发生突降的温度进一步向低温区移动，并出现了沿z 轴负方向的平均极化强度.此后随着温度的继续升高，薄膜内部极化强度逐步呈现无序状态，逐渐降为零.这一现象将对薄膜的热释电性质产生重要的影响，在下面的研究中将对该种情况下的薄膜热释电性质进行研究.图3施加外电场情况下铁电薄膜平均极化强度与温度的变化关系Fig.3average polarization vs temperature curves underexternal electric field of ferroelectric thin films在图4中不施加外电场，改变参数a 的取值，研究薄膜的热释电系数与温度之间的变化关系.为了对比，同时做出了a=0及温度为T C 的体材料所对应的曲线，从图中可以看出随着参数a 的增加薄膜的热释电峰值稍有降低并逐渐向低温区移动，但对热释电峰的半峰宽影响并不显著.由此可以得到结论，参数a 的取值对铁电热释电器件的工作温区的及热释电器件的探测灵敏度都有一定的影响，这一结论对铁电热释电器件的制备与控制其工作温区具有一定的理论参考价值.图5研究了在施加不同外电场的情况下组分梯度铁电薄膜的热释电系数与温度的依赖关系.考虑所加外电场的方向与各组分极化方向一致和相反两种情况进行讨论.为了对比，图中虚线为无外电场情况下的热释电系数与温度关系曲线当施加外电场的方向与各组分极化0.660.670.680.690.700.71P /P 0Z/ξ0实线（从上至下）：a=0.03，0.04，0.05t=0.5-2-1012虚线（从上至下）：t=0.49，0.51a=0.050.00.20.40.60.81.0T/T C0.51.01.5-0.2从右至左：e=0.03，0.04，0.0-0.01，-0.015，-0.02a=0.3，l =4.0/P P 0.010.0e .第4期陈辉，等：梯度铁电薄膜热释电性质的理论研究551方向相同时(0.01,0.03e)，可以看到与无外电场情况相比，材料的热释电峰向高温区移动，热释电峰值降低，但半峰宽有所增加，随着所加外电场的增强，热释电峰移动的幅度和峰值下降的幅度都有所增加；当施加外电场的方向与各组分极化方向相反时(0.01,0.015,0.02e )，热释电峰变化的趋势与前面的情况刚好相反，热释电峰向低温区移动，且热释电峰值较无外电场情况显著增加，但半峰宽有所减小，随着所加外电场强度的增大，热释电峰的移动和峰值上升的幅度也进一步加强.由此可以看出所施加外电场的大小和方向对薄膜的热释电性质有重要的影响，在改变热释电材料工作温区的同时，或是拓展了工作温度的宽度或是提高了热释电响应的灵敏度.图4参数a 变化情况下铁电薄膜热释电系数与温度关系Fig.4pyroelectric coefficient vs temperature curves of ferroelectric thin films with different parametera values图5施加外电场情况下铁电薄膜热释电系数与温度关系Fig.5pyroelectric coefficient vs temperature curves of ferroelectric thin films under the effects of external electric field4结论本文建立了组分梯度铁电薄膜的理论模型，采用热力学唯像理论，引入一个分布函数描述铁电薄膜内组分梯度的分布，重点研究了梯度铁电薄膜的热释电性质.研究结果表明：铁电薄膜内组分的梯度分布导致了极化强度的梯度分布；表征薄膜内部各组分相变温度偏差程度的参数a 值越大热释电峰向低温区移动的幅度也越大，同时热释电峰值越小；所加外电场的大小和方向对铁电薄膜热释电性质产生很大影响，当施加外电场与薄膜内各组分极化方向相反时，在温度达到某一临界值时，薄膜的平均极化强度和温度的关系呈现出类似一级相变的特性，而且在该情况下薄膜的热释电系数较无外电场情况下有显著增加.参考文献：[1]邵秀梅,马学亮,于月华,等.基于弛豫铁电单晶的热释电焦平面研究[J].光电工程,2011,38(2):46-50.Shao Xi umei,MaXueliang,Y u Yuehua,et al.Pyroelectric arrays with relax-based ferroelectric single crystal s[J].Opto-Electroni c Engineering,2011,38(2):46-50.[2]张德银,黄大贵,李金华.新型钽酸锂薄膜热释电系数测试研究[J].电子测量与仪器学报,2009,23(1):80-84.Zhang Deyin,Huang Dagui,Li Jinhua.Pyroelectric coeffici ent measurement of novel lithium tantalate thin film[J].Journal of El ectronic Measurement and Instrument ,2009,23(1):80-84.[3]普朝光,向兰.铁电材料红外热释电系数测试研究[J].红外与激光工程,2006,35(6):771-776.Pu Chaoguang,XIANG Lan.Pyroelectric coefficient measurement for ferroelect ric materials[J].Infrared and Laser Engineering,2006,35(6):771-776.[4]金学淼，姜胜林，张光祖.Mn 掺杂对BST 热释电陶瓷性能的影响[J].压电与声光,2007,29(5):577-579.Jin Xuemiao,Jiang Shenglin,Zhang Guangzu.The i nfluence of Mn —doped on the propert ies of BST pyroelectric cerami 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C0.51.01.5012345ρ从右至左：a=0.0，0.1，0.2，0.3，0.5，0.70369120.00.30.60.91.21.5T/T Cρ从右至左：e=0.03，0.01，0.0-0.01，-0.015，-0.02a=0.3，l=4.0o a 0.80r 0.20i /Pb -2thick ilms J .aterials Chemistr and Ph sics 20097:11-1.。
铁电材料的制备与性能研究铁电材料是指在外电场作用下，能够产生电偏极矩而发生电极化的材料。
它们具有许多独特的物理和化学性质，因此被广泛地应用于电子、信息科学等领域。
铁电材料的制备与性能研究一直是热门的研究方向之一，本文就此进行探讨。
制备方法铁电材料的制备方法是多种多样的，常见的方法包括热压、液相法、气相法、溶胶-凝胶法、水热法等。
这里我们简要介绍其中几种方法。
热压法：热压法是将粉末填充进高温高压设备中，在一定的温度和压力下进行热压，使粉末结晶并形成石墨烯。
这种方法具有操作简单、成本低等优点，但是精度较低，需要进行后续的热处理。
液相法：液相法是通过溶液中的化学反应，制备出所需的铁电材料。
常见的液相法包括水热法和溶液法。
水热法的原理是将需要制备的化合物放入反应釜中，加入一定量的溶液，并加热到高温高压状态下进行反应。
溶液法则是将化合物溶解在水或有机溶剂中，迅速混合并经过去离子水/溶剂后，利用特定条件形成纳米颗粒或薄膜。
气相法：气相法主要有化学气相沉积法（CVD）和物理气相沉积法（PVD）。
CVD主要是利用化学反应在升高温度的环境下，在载气中加入金属或前体有机物，再让其在沉积器内形成膜。
PVD则是将待沉积材料制成靶，并在真空环境下通过离子轰击等方式，让材料以原子或微粒子的形式由靶材上沉积到基底上。
性能研究铁电材料具有良好的铁电性能，且具有压电、热电、光电等多种性质，可应用于材料、传感、储存、显示等多个领域。
因此，对铁电材料的性能研究也是重要的。
铁电性能：铁电性能指材料在外加电场下产生极化，当外力消失时，该材料仍能够维持所产生的极化状态。
通过电滞回线图，可以了解铁电相的情况，并对铁电材料做出鉴别。
压电性能：压电效应是指材料在外压力下产生电荷。
铁电材料具有压电性能，可以应用于超声波、传感等领域。
通过测试材料产生的电荷与加在材料上的外力值，可以评估材料的压电性能。
热电性能：热电效应是指材料在温度梯度下产生电荷。
简述铁电、压电和热电纳米材料的催化研究铁电、压电和热电纳米材料近年来在催化研究领域引起了广泛关注。
这些材料具有特殊的结构和性质，对催化反应具有重要作用。
本文将对铁电、压电和热电纳米材料的催化性能进行简要介绍，并分析其应用前景。
铁电材料是一类具有铁电性质的材料，其具有正负两个永久电偶极矩的材料。
研究表明，铁电材料可以用作催化剂，提高催化反应的速率和选择性。
铁电材料的催化性能主要归因于其特殊的电荷分布和表面性质。
例如，铁电材料可以通过调节电荷重排来改变催化活性位点的结合能，从而影响催化反应的速率和选择性。
此外，铁电材料还可以通过外加电场和应力来调控其催化性能。
因此，铁电材料已被广泛应用于氧化还原反应、电催化和光催化等领域。
压电材料是一类具有压电效应的材料，其具有在外力作用下产生电荷分离的特性。
研究表明，压电材料可以用作催化剂，提高催化反应的速率和选择性。
压电材料的催化性能主要归因于其特殊的结构和电荷分布。
例如，压电材料的晶格变形可以改变催化活性位点的结合能，从而影响催化反应的速率和选择性。
此外，压电材料还可以通过外加电压来调控其催化性能。
因此，压电材料已被广泛应用于氧化还原反应、电催化和光催化等领域。
热电材料是一类具有热电效应的材料，其具有在温度梯度下产生电荷分离的特性。
研究表明，热电材料可以用作催化剂，提高催化反应的速率和选择性。
热电材料的催化性能主要归因于其特殊的热导率和电子结构。
例如，热电材料的热导率可以影响催化反应的热量传递和分子扩散，从而调控反应速率。
此外，热电材料的电子结构可以影响催化活性位点的结合能和反应中间体的稳定性，从而影响反应选择性。
因此，热电材料已被广泛应用于热催化和光催化等领域。
目前，铁电、压电和热电纳米材料在催化研究中的应用还处于起步阶段，但已经取得了一些重要的进展。
例如，一些研究发现，通过调控铁电、压电和热电纳米材料的晶格结构和表面性质，可以实现催化活性位点的精确定位和调控。
铁电性实验报告-南京大学铁电薄膜铁电性能表征131120161 李晓曦一、引言铁电体是这样一类晶体:在一定温度范围内存在自发极化,自发极化具有两个或多个可能的取向,其取向可能随电场而转向.铁电体并不含“铁”,只是它与铁磁体具有磁滞回线相类似，具有电滞回线，因而称为铁电体。
在某一温度以上，它为顺电相，无铁电性，其介电常数服从居里-外斯（Curit-Weiss）定律。
铁电相与顺电相之间的转变通常称为铁电相变，该温度称为居里温度或居里点Tc。
铁电体即使在没有外界电场作用下，内部也会出现极化，这种极化称为自发极化。
自发极化的出现是与这一类材料的晶体结构有关的。
铁电体特点是自发极化强度可因电场作用而反向，因而极化强度和电场 E 之间形成电滞回线。
自发极化可用矢量来描述，自发极化出现在晶体中造成一个特殊的方向。
晶体中每个晶胞中原子的构型使正负电荷重心沿这个特殊方向发生位移，使电荷正负中心不重合，形成电偶极矩。
整个晶体在该方向上呈现极性，一端为正，一端为负。
在其正负端分别有一层正和负的束缚电荷。
束缚电荷产生的电场在晶体内部与极化反向（称为退极化场），使静电能升高。
铁电现象第一次发现是在1920年，由瓦拉赛尔发现外场可以使罗西盐的极化方向反转，但是铁电现象直到40年代初才得以被广泛研究。
如今铁电现象因为其独特性质得到了广泛的应用，而本实验就是为了初步探究本现象的物理性质。
本实验测量了铁电材料的电滞回线，并且改变电压测量了不同电压下的图像和矫顽力等数值。
作者又进一步对此现象进行了初步探究，研究了其相关机理。
二、实验目的1、了解什么是铁电体，什么是电滞回线及其测量原理和方法。
2、了解非挥发铁电随机读取存储器的工作原理及性能表征。
三、实验原理1、铁电体的特点（1）电滞回线铁电体的极化随外电场的变化而变化，但电场较强时，极化与电场之间呈非线性关系。
在电场作用下新畴成核长，畴壁移动，导致极化转向，在电场很弱时，极化线性地依赖于电场见图1,此时可逆的畴壁移动成为不可逆的，极化随电场的增加比线性段快。
铁电薄膜的介电性质董云峰;崔莲【摘要】Based on the soft mode theory under the mean field approximation,the dynamical behaviors of the temperature dependence of the real(ε ′) and imaginary(ε ″) parts of permittivity of a ferroelectric thin film with surface transition layers have been studied.The results show that with the increase of the temperature,two peaks and one peak of the ε ′ and ε ″ occur,respectively.When the enhance of the action of surface transition layer,the peaks of the real and imaginary parts of the average permittivity of a thin film are broadened,the peak values are declined and the peak positions shift to the lower temperature zone.%基于平均场近似的软模理论,研究了含有表面过渡层的铁电薄膜介电函数的实部ε＇和虚部ε″的随温度变化的动态特性。
实验结果表明,随着温度的升高ε＇和ε″分别出现两个峰和一个峰。
当表面过渡层的作用增大时,薄膜的平均介电常数实部和虚部的峰变宽,峰值降低而且峰位向低温区移动。
【期刊名称】《大庆师范学院学报》【年(卷),期】2012(032)006【总页数】4页(P81-84)【关键词】铁电薄膜;介电性质;软膜理论【作者】董云峰;崔莲【作者单位】大庆师范学院物理与电气信息工程学院,黑龙江大庆163712;大庆师范学院物理与电气信息工程学院,黑龙江大庆163712【正文语种】中文【中图分类】O484.40 引言铁电薄膜一直以来被人们广泛地研究，因为其可以应用于动态随机存取存储器、薄膜传感器、微波设备和红外探测器等[1]。
PYZT铁电薄膜的制备及特性研究
王培英;余大年
【期刊名称】《功能材料》
【年(卷),期】1998(029)006
【摘要】用ｓｏｌ－ｇｅｌ方法制备了掺Ｙ的ＰＺＴ铁电薄膜，研究了ＰＹＺＴ溶胶的成胶机理，研究了Ｙ掺入量对ＰＹＺＴ铁电薄膜的结构，介电，铁电，漏电流和疲劳特性的影响。
【总页数】3页(P606-608)
【作者】王培英;余大年
【作者单位】华中理工大学固体电子系;华中理工大学固体电子系
【正文语种】中文
【中图分类】TN384.04
【相关文献】
1.SOL-GEL方法制备PZT铁电薄膜新方法及铁电特性研究 [J], 颜雷;汤庭鳌;黄维宁;姜国宝;程旭;姚海平;钟琪
2.xBiInO3-(1-x)PbTiO3薄膜的制备与铁电、介电特性研究 [J], 孙科学;常月欣;成谢锋;张淑仪
3.用喷雾热分解方法制备PZT薄膜及其铁电特性的研究 [J], 朱江;武光明;邢光建;吕爱君
4.BNT铁电薄膜电容的制备及其特性研究 [J], 王宁章;李兴教
5.溶胶-凝胶法制备PbZr_(0.52)Ti_(0.48)O_3铁电薄膜及其光伏特性的研究 [J], 岳建设;李祯
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Ferroelectric Properties and Fatigue of LaNiO3／Bi4T3O12 Thin Films Prepared by Sol-Gel MethodAbstractIn this paper, we discussed the pros and cons of the major preparation methods basic on the basis of large ferroelectric thin film research and development process research. Under the existing experimental conditions, we decided to fabricate the films on the Si substrates by the sol - gel method. Through specific experiments, first, we discussed various factors that may affect the Films, such as raw materials, precursor concentration, coating speed and environmental temperature. Then, through the thin films of SEM and X-ray diffraction analysis, research the growth , ferroelectric properties and dielectric properties of different annealing temperature behavior of BTO thin films.Found, 700 ℃sintering of the film quality is best. And contrast found that if the annealing temperature is too large, would slightly reduce the remanent polarization of the films, which reduces the ferroelectric properties.Thus found the optimum preparation conditions BTO film.Key wordsBi4T3O12 Thin film; Sol-Gel method; Ferroelectric properties;Dielectric properties.图2.1 Sol-Gel法制备薄膜工艺流程图Fig.2.1 Formation Chart of Thin Films Prepared by Sol-Gel（a）（b）（c）（d）图3.2不同温度薄膜样品SEM的形貌图Fig.3.2 SEM patterns of film sample at different temperature3.3(a) 650℃薄膜样品的频响测试曲线（横轴为对数模式）Figure 3.3(a) film samples at 650℃temperatures of the frequency response test curve (the horizontal axis as a logarithmic mode)3.3(b) 700℃薄膜样品的频响测试曲线（横轴为对数模式）Figure 3.3(b) film samples at 700℃temperatures of the frequency response test curve (the horizontal axis as a logarithmic mode)3.3(c) 750℃薄膜样品的频响测试曲线（横轴为对数模式）Figure 3.3(c) film samples at 750℃temperatures of the frequency response test curve (the horizontal axis as a logarithmic mode)3.3(d) 800℃薄膜样品的频响测试曲线（横轴为对数模式）Figure 3.3(d) film samples at 800℃temperatures of the frequency response test curve (the horizontal axis as a logarithmic mode)图3.4 700℃薄膜样品的频响线性曲线图 3.5 样品剩余极化强度和矫顽场强随温度变化曲线Fig.3.5 The sample residual polarization Intensity and rectifies the obstinate field intensity along with the temperature change curve电滞回线分析3.6是根据测量的有关数据所绘制的700℃退火温度下薄膜样品的电滞回线图像可以看出，回线所包围的面积不大，在外电场的作用下电滞回线均匀对称性还不错，矩形度也非常好。
温度梯度铁电材料热释电性质的微观机制研究李元宏 安祥鲁 陈明雨 李文治 张新欣 陈辉*沈阳化工大学理学院 辽宁沈阳 110142摘要：在平均场近似的理论框架下，采用拓展的横场伊辛模型理论，引入分布函数描述材料内部的量子起伏效应和温度梯度导致的铁电畸变，探讨影响温度梯度铁电材料热释电性质的微观机制。
研究表明量子起伏效应和铁电畸变是影响铁电材料热释电性质的两个重要因素。
随着量子起伏效应的增强，热释电系数峰值逐渐下降，但对热释电峰值出现的位置影响并不显著；铁电畸变的存在，大大提高了材料热释电系数的峰值；温度梯度铁电材料内第一层级发生相变的时刻是影响材料热释电峰出现的最显著的因素。
关键词：伊辛模型 温度梯度 量子起伏 铁电畸变 热释电系数中图分类号：O469文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2024)03-0049-03 Reaearch on the Microscopic Mechanism of the PyroelectricProperties of Temperature Gradient Ferroelectric Materials LI Yuanhong AN Xianglu CHEN Mingyu LI Wenzhi ZHANG Xinxin CHEN Hui* College of Science, Shenyang University of Chemical Technology, Shenyang, Liaoning Province, 110142 China Abstract:Under the theoretical framework of mean field approximation, the extended transverse Ising model theory is adopted, a distribution function is introduced to describe the quantum fluctuation effect in the material and ferroelectric distortion caused by temperature gradient, and the micro mechanism that affects the pyroelectric prop‐erties of temperature gradient ferroelectric materials is explored. Research has shown that the quantum fluctuation effect and ferroelectric distortion are two important factors affecting the pyroelectric properties of ferroelectric ma‐terials. As the quantum fluctuation effect increases, the peak value of the pyroelectric coefficient gradually decreases, but it has no significant effect on the position of the peak value of the pyroelectric coefficient. Due to the presence of ferroelectric distortion, the peak value of the pyroelectric coefficient of the material is greatly increased, and the moment of phase transition in the first layer of temperature gradient ferroelectric materials is the most significant factor affecting the appearance of the peak of the pyroelectric coefficient of the material.Key Words: Ising model; Temperature gradient; Quantum fluctuation; Ferroelectric distortion; Pyroelectric coef‐ficient热释电效应在红外探测、热成像技术、能量转化、自供电线系统等诸多领域都有着十分广泛的应用。
第五章铁电材料测试铁电材料测试是研究铁电材料性能和特性的关键步骤。
通过测试，可以评估材料的电学特性、热学特性以及结构特性等，为进一步研究和应用铁电材料提供重要参考。
铁电材料测试主要包括电学测试、热学测试和结构测试三个方面。
首先是电学测试。
电学测试主要是对材料的电介质性能进行评估。
常用的电学测试方法包括压电系数测试、介电常数测试以及铁电相变测试等。
压电系数测试是通过施加外界电场或机械应力来测量材料的压电响应，包括压电应变和压电势的变化。
介电常数测试是通过施加外界电场来测量材料在不同频率下的电极化程度，反映了材料对电场的响应能力。
铁电相变测试是通过改变温度或电场来观察和测量材料的相变行为，包括铁电相变温度、滞回曲线和薄膜电容等。
其次是热学测试。
热学测试主要是对材料的热学性能进行评估。
常用的热学测试方法包括热膨胀测试、热导率测试以及热电测试等。
热膨胀测试是通过测量材料在不同温度下的长度、体积变化来评估材料的热膨胀性能。
热导率测试是通过测量材料在不同温度下的热传导能力来评估材料的热导率。
热电测试是通过测量材料在温度梯度下产生的热电势来评估材料的热电效应，包括热电压和热电流等。
最后是结构测试。
结构测试主要是对材料的结构特性进行评估。
常用的结构测试方法包括X射线衍射（XRD）测试、扫描电子显微镜（SEM）测试以及穆斯堡尔谱测试等。
XRD测试可以通过测量材料的衍射图案来确定材料的晶体结构、晶格参数以及晶体的定向关系。
SEM测试可以通过扫描电子显微镜的镜头对材料的表面形貌和微观结构进行观察和分析。
穆斯堡尔谱测试可以通过测量材料中铁原子的穆斯堡尔谱来确定材料的磁性和铁电性质。
综上所述，铁电材料测试是研究铁电材料性能和特性的重要手段，通过电学测试、热学测试和结构测试等方法可以全面评估材料的性能和特性，为铁电材料的研究和应用提供可靠的数据和参考。
铁电材料与器件的研究及其应用随着科技的不断发展，人们对材料科学的关注度越来越高。
铁电材料是一种通过施加电场而产生电偶极矩的材料，拥有潜在的电子器件和能量转换应用。
在本文中，我们将探讨铁电材料及其在电子器件和能源转换方面的应用。
一、铁电材料的定义和基本特性铁电是一种特殊的电性材料，可以通过施加电场而改变其电极化状况，这是铁电材料独特的性质。
铁电材料的基本特性包括下列三个方面：1.电极化铁电材料可以产生一个电极化强度，可以通过施加电场来改变它们的电极化。
铁电电介质是铁电材料的一种常见类型，如常见的铁电单晶材料铁钛矿、钙钛矿、钨酸铋等，它们在电极化方面具有明显的性能优势。
2.压电效应铁电材料在发生形变时会产生电荷分离，这种效应被称为压电效应。
铁电材料通常是压电材料，可以应用于传感器和驱动器等方面。
3.热电效应铁电材料也可以产生热电效应，通过光源等方式来创造热梯度，从而产生电势差。
这种效应常用于热电发电中，如热机和热泵等。
以上三个基本特性构成了铁电材料的基本性质，这些属性也给了人们很多创造性的应用。
二、铁电材料在电子器件方面的应用铁电材料可以用于制造各种电子器件，例如电容器、存储器和传感器等等。
其应用的优点在于其高速和低功耗，还可以扩大储存容量。
1.铁电随从存储器铁电随从存储器（FeRAM）是一种与市场上常见的DRAM、SRAM和闪存等存储器相比，更加稳定且容量更大的存储器。
其存储效率高、读取速度快且功耗低，适合生产较小的设备，例如智能手机或智能手表等小型电子设备。
2.铁电传感器铁电材料的独特性质赋予了它在传感器方面的应用。
铁电传感器在测量压力、温度和振动等参数方面有着广泛的应用。
如使用铁电振动传感器和铁电压力传感器可以降低误差和改善稳定性。
3.铁电电容器铁电电容器是由铁电材料和双层金属膜组成的一种电容器，其容量高且可通过改变电场来调节。
铁电电容器具有容量、速度、可靠性和稳定性等多种优势，可以应用于随身听、移动电话和数字相机等移动设备中。
《BMT-NBT基弛豫铁电薄膜储能特性研究》篇一一、引言随着科技的不断进步，铁电材料因其独特的电学性能在许多领域中得到了广泛的应用。
BMT-NBT基弛豫铁电薄膜作为一种新型的铁电材料，其储能特性备受关注。
本文旨在研究BMT-NBT基弛豫铁电薄膜的储能特性，分析其性能参数，为实际应用提供理论支持。
二、BMT-NBT基弛豫铁电薄膜BMT-NBT基弛豫铁电薄膜是一种具有钙钛矿结构的薄膜材料，其组成元素包括Bi、Me（M为Ti或Nb）等。
该类材料具有优异的铁电性能和弛豫行为，在电场作用下能够产生显著的极化现象。
此外，BMT-NBT基薄膜还具有较高的介电常数和较低的介电损耗，使其在储能器件领域具有广阔的应用前景。
三、储能特性研究（一）实验方法本文采用脉冲激光沉积法制备BMT-NBT基弛豫铁电薄膜，并利用X射线衍射、扫描电子显微镜等手段对薄膜的微观结构进行表征。
通过电学性能测试系统，测量薄膜的电学性能参数，如介电常数、介电损耗、电滞回线等。
（二）实验结果1. 微观结构分析：BMT-NBT基弛豫铁电薄膜具有钙钛矿结构，晶粒排列紧密，无明显缺陷。
2. 电学性能参数：在室温下，BMT-NBT基薄膜的介电常数较高，介电损耗较低。
此外，该薄膜具有显著的铁电性能，表现出典型的电滞回线。
3. 储能特性：BMT-NBT基弛豫铁电薄膜在电场作用下能够产生较大的极化强度，且极化强度与外加电场之间呈现出非线性关系。
这使得该薄膜在储能器件中具有较高的储能密度和充放电效率。
（三）性能分析BMT-NBT基弛豫铁电薄膜的储能特性主要得益于其优异的铁电性能和弛豫行为。
在电场作用下，该薄膜能够产生显著的极化现象，使得电荷在薄膜内部重新排列，从而实现在电能与磁能之间的转换。
此外，该薄膜还具有较高的介电常数和较低的介电损耗，有利于提高储能器件的能量转换效率。
同时，BMT-NBT 基薄膜的制备工艺成熟，成本较低，为实际应用提供了良好的基础。
四、结论本文研究了BMT-NBT基弛豫铁电薄膜的储能特性，通过实验发现该薄膜具有较高的介电常数、较低的介电损耗和显著的铁电性能。
铁电材料的居里温度铁电材料的居里温度和铁电性质是研究铁电材料中重要的两个方面。
居里温度是指铁电材料发生相变的临界温度，从非极化相转变为极化相。
本文将从定义、影响因素、应用等方面探讨铁电材料的居里温度。
居里温度以法国物理学家居里兄弟的名字命名，它是指在一定压力下，铁电材料随着温度的上升，其极化状态由极化相向非极化相转变的临界温度。
在居里温度以下，铁电材料为极化相，具有电荷分离和电偶极矩的特点，表现出铁电性质。
而在居里温度以上，铁电材料会失去极化性质，退化为非极化相。
铁电材料的居里温度受多种因素影响。
首先是晶体结构。
铁电材料的晶体结构通常为复杂的非中心对称结构，其中的原子或离子布局呈现一定的对称性。
其次是距离和价态。
晶体内各原子或离子之间的距离、键长、键角以及原子的电荷状态会影响铁电材料的居里温度。
此外，外界施加的压力和应变、替代离子、杂质等也会对居里温度产生影响。
铁电材料的居里温度对其性能和应用至关重要。
居里温度的高低决定了铁电材料在各种温度下的极化性质，进而影响到铁电材料的电介质、电存储、传感器、换能器、压电器件等领域的应用。
同时，居里温度还可以通过调控材料组分、晶体结构、施加压力等手段来调节和控制，实现对铁电材料性能的优化和设计。
铁电材料的居里温度有多种测量方法。
其中常用的是热释电法和介电法。
热释电法通过测量测试样品在不同温度下的电荷释放和吸收热量来确定居里温度。
介电法则是通过测量测试样品的介电常数随温度变化的情况来确定居里温度。
这些方法都能较为准确地确定铁电材料的居里温度。
总结起来，铁电材料的居里温度是指在一定压力下，铁电材料由极化相向非极化相转变的临界温度。
它受到晶体结构、距离和价态、外界压力和应变、替代离子、杂质等多种因素的影响。
居里温度的高低对铁电材料的性能和应用至关重要，可以通过多种方法进行测量。
在今后的研究中，我们需要进一步深入探索和理解铁电材料的居里温度，不断提高铁电材料的性能和拓展其应用领域。
