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由于铋系层状结构材料具有良好的抗疲劳性能而成为目前铁电存储器应用研究的主要材料之一,这类材料研究最多的是SrBi2Ta2O9、Bi4-xLaxTi3O12。作为典型的铋系层状结构材料之一的SrBi4Ti4O15由于其优良的抗疲劳性能而越来越受到重视;SrBi4Ti4O15晶体结构具有高度各向异性,使得其材料的性能依赖于材料的择优取向,资料表明SrBi4Ti4O15的剩余极化仅存在于a轴方向,因此制备高度a向择优取向的材料有非常重要的意义。
对SrBi4Ti4O15薄膜的研究:本论文对溶液浓度、退火温度及锶离子源等工艺条件以及铋过量、掺杂改性对材料的a向择优取向的影响进行了研究。结果表明:在匀胶速率为3500r/s、匀胶时间为30s时,溶液浓度在0.15mol/L及其以上时由于粘度较大,薄膜的表面有微裂纹并且厚度不均匀;在0.12mol/L及其以下薄膜表面致密几乎没有微裂纹,而且厚度也比较均匀;通过XRD图谱的对比发现醋酸锶为锶离子源时比硝酸锶为离子源时材料的a向择优取向度大;镧系三种稀土元素(La、Nd、Ce)适量掺杂有利于材料的a向择优取向;对于SrBi4-xNdxTi4O15铁电性能的研究发现,最佳掺杂量为x=0.12,此时材料的剩余极化2Pr可达32.6μC/cm2。
于SrBi4Ti4O15陶瓷的研究:本论文研究了,烧结温度、铋过量、镧系稀土元素掺杂对陶瓷显微结构以及性能影响。结果表明:烧结温度不宜过低,烧结温度过低时,晶粒太小或发育不完善使材料材料的性能受到影响;烧结温过高则会由于过烧和铋元素挥发严重而影响材料的性能,其比较适宜的烧结温度为Ts=1100℃;由于铋元素在不太高的温度下就可以挥发,从而形成氧空位而影响材料的性能,本论文研究发现铋过量和镧系镧、铈、钕三种稀土元素的掺杂有助于抑制材料中的氧空位,提高材料的a向择优取向度,从而提高材料的性能。铋最佳含量为过量10%左右,从XRD图谱看当铋过量20%时,有杂峰出现可能是氧化铋Bi2O3或焦绿石(Sr,Bi)2Ti2O7相,因此铋过量不宜超过20%。适量的镧、铈、钕掺杂有利于材料的a向择优取向,有利于材料的性能的提高,它们的最佳配方分别为分别为SrBi3.9La0.1Ti4O15、SrBi3.9Ce0.1Ti4O15、SrBi3.8Nd0.2Ti4O15。