畢業(yè)論文：PbZr0.52Ti0.48O3/NiFe2O4復合薄膜的制備與性能研究

畢業(yè)設(shè)計論文：PbZr0.52Ti0.48O3/NiFe2O4復合薄膜的制備與性能研究

摘 要 新型功能材料已經(jīng)成為人們現(xiàn)代生活中必不可少的一部分，而復合磁電材料因其具有良好的鐵電，鐵磁，壓電等特性成為近來研究的熱點[1]。PbZr0.52Ti0.48O3/NiFe2O4復合材料則為磁電材料中最為常見的一類復合體系。本實驗采用溶膠凝膠法制備前驅(qū)體溶液，以Zr(OCH2CH2CH3)4，Ti(OCH(CH3)2)4,Pb(CH3COO)2•3H2O為原料制備0.1 mol/L的PZT溶液，以Fe(NO3)3•9H2O，Ni(NO3)2•6H2O為原料，乙二醇甲醚為溶劑制備濃度為0.1 mol/L的NFO溶液。以FTO作為沉底，將PZT溶膠旋涂于FTO基片上制備單層PZT薄膜，使PZT薄膜經(jīng)過燒結(jié)退火后，在此基礎(chǔ)上旋涂不同層數(shù)的NFO薄膜。經(jīng)過*射線衍射儀照射表明PZT/NFO復合薄膜結(jié)晶良好，依據(jù)紫外分光光度計的測試結(jié)果來分析不同層數(shù)的PZT/NFO復合薄膜的透光性能。通過阻抗分析儀和鐵電儀分別測試PZT/NFO薄膜的壓電性能和鐵電性能，最后通過掃描電鏡分析樣品的形貌特征及其厚度。通過以上測試方法可以得出PZT/NFO復合薄膜的是否能夠在鐵電性和鐵磁性性方面均能獲得良好的綜合性能。
關(guān)鍵詞：PZT薄膜；NFO薄膜；磁電效應；溶膠凝膠法

Abstract New functional materials have
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pectrophotometer, the light transmission properties of the PZT/NFO composite film with different layers were analyzed.The piezoelectric and ferroelectric properties of the PZT/NFO thin film were measured by an impedance analyzer and a ferroelectric analyzer, respectively. Finally, the morphology and thickness of the sample were analyzed by scanning electron microscopy.Through the above test methods, it can be concluded whether the PZT/NFO composite film can obtain good overall performance in both ferroelectric and ferromagnetic properties.
Keywords:PZT film;NFO film;Magnetoelectric effect(ME);Sol-gel


第一章 緒論
1.1引言
由于其基本的物理背景和多功能設(shè)備（如傳感器，傳感器和多態(tài)存儲器）中的大量應用潛力，顯示同步電磁順序的復合磁電多鐵材料受到了極大的關(guān)注。與復合材料中的其他耦合響應效應（例如壓電效應和壓電復合材料中的熱電效應）一樣，復合材料中的磁電效應近來引起了廣泛的關(guān)注，這是因為對于表現(xiàn)出大磁電的寬帶磁場的多鐵微粒復合材料效果和非常平坦的頻率響應。這種材料可以表現(xiàn)出由外部磁場引起的自發(fā)介電極化，或者由施加的電場引起的磁化，即磁電效應。磁電效應是耦合（或交叉）兩場效應，其中施加磁場或電場引起電極化以及磁化，對于磁場引起的ME效應，施加的磁場在壓電磁場中產(chǎn)生應變，從而改變壓電相位。ME效應的歷史可以追溯到1894年，當時居里表示，在磁場的影響下，不對稱分子體可能發(fā)生定向極化。后來有研究人員從對稱性考慮磁電效應可能發(fā)生在磁性有序晶體中，而且有研究者在理論分析的基礎(chǔ)上預測了反鐵磁性Cr2O3中磁電效應的存在，最后通過測量電場感應磁化強度以及檢測磁場感應極化證實了這一點。由鐵電相（例如BaTiO3）和鐵磁相（例如CoFe2O4）制成具有令人驚訝的大磁電效應的多鐵微粒復合材料。當將磁場施加到壓電鈣鈦礦和尖晶石結(jié)構(gòu)相的復合物上時，鐵氧體由于磁致伸縮而改變其形狀，并且應變沿著壓電顆粒傳遞，導致電極化。這種鐵電 - 鐵磁復合材料的磁電性質(zhì)被稱為復合材料的產(chǎn)物，以及復合材料中兩相不同性質(zhì)之間相互作用的結(jié)果[2]。鐵電相和鐵磁相都不具有磁電效應，但是這兩相的多鐵微粒復合物具有顯著的磁電效應。因此，磁電效應是壓電效應（機電效應）和多鐵相中的壓磁效應（磁力效應）的產(chǎn)物。類似地，還可以通過熱電 - 鐵磁復合物中的熱相互作用來獲得耦合的磁電效應。鐵電相和鐵氧體相的選擇取決于它們的居里溫度，壓電相的良好壓電性能和磁致伸縮相的足夠高的壓磁性，高的機電和磁力耦合系數(shù)以及結(jié)構(gòu)可比性，應該選擇高度壓磁的絕緣體作為這些復合材料中的磁致伸縮成分。磁致伸縮相的電阻率也應該盡可能高，以避免通過亞鐵磁相在ME復合物中產(chǎn)生的ME電壓的短路路徑。
所有目前已知的單相材料中的磁電效應很弱或著在低溫下才出現(xiàn)，相比較而言，壓電和磁致伸縮的多相人造復合材料具有相對較高的磁電效應響應。最近，納米結(jié)構(gòu)材料因其在微電子器件和集成單元中的重要前景而備受關(guān)注，薄膜的不同納米結(jié)構(gòu)已被證明。通過溶膠 - 凝膠法和旋涂法或化學溶液沉積技術(shù)制備復合薄膜，這些薄膜表現(xiàn)出磁性和鐵電性質(zhì)以及磁電耦合。磁電復合薄膜在不同的實驗條件下獲得不同的性質(zhì)和特征。
1.2 PZT薄膜的基本性質(zhì)
鈣鈦礦中PZT的化學結(jié)構(gòu)屬于ABO3型。下圖為其晶體結(jié)構(gòu)圖。A和B一般是金屬離子元素。而且，由圖可知，一般A的體積大于B型離子元素的，并且六個O2-位于面心，Pb位于A處，Zr4+/Ti4+則位于B處。由于鈦離子和鋯離子的結(jié)構(gòu)都小于氧離子組成的八面體的間隙，因而當外界加壓或者是加電場的時候，會使鈦離子和鋯離子發(fā)生移動，進而使其正電荷和負電荷之間的重心位置也發(fā)生偏移，進而產(chǎn)生了電偶極矩，即自發(fā)極化顯現(xiàn)。


圖1.1 PZT晶胞結(jié)構(gòu)圖
因為鈦鋯酸鉛具有非常優(yōu)秀的介電性能，壓電性能，鐵電性能，以及熱釋電性能，所以得以廣泛應用于軍事的大規(guī)模的集成電路中及民用上。PZT的這些種優(yōu)秀性能大大推動了人們對它的研究。壓電體的研究是從p居里、j居里兄弟二人發(fā)現(xiàn)了壓電效應時開始的。從此以后，在各個應用方面，壓電體的身影都可見到。1954年合成的鋯鈦酸鉛其壓電性能較BaTiO3類材料更為優(yōu)異，PZT就慢慢代替BaTiO3成為壓電材料中使用最廣的。在1955年時，美國科學家發(fā)現(xiàn)了PZT類的壓電陶瓷具有更好的壓電性能。隨著PZT的大量研究，對壓電器件的應用上研究也越來越多了。在1970年代，研究者們開始對PZT增加第三元 ……（未完，全文共15816字，當前僅顯示2845字，請閱讀下面提示信息。收藏《畢業(yè)論文：PbZr0.52Ti0.48O3/NiFe2O4復合薄膜的制備與性能研究》）