单晶铁酸铋纳米线合成和面外铁电极化反转现象的研究
纳米材料,如薄膜材料,纳米线,纳米管,纳米纤维等等,存在与体相材料所迥异的表面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应和量子限域效应,因而纳米材料具有异于普通材料的光、电、磁、热、机械等性能。而多铁材料是至少存在两种铁性的材料,BiFeO3是室温下的多铁材料,铁电居里温度为TC=850℃,尼尔温度为TN=370℃。由于BiFeO3内部的磁电耦合效应,可以通过磁场来产生电极化或者诱导铁电相变,在电场的作用下产生磁极化或者诱导铁磁相变。BiFeO3纳米材料同时是纳米材料和多铁材料,那么在纳米尺度上必存在一些特殊的性能。最近在BiFeO3薄膜上发现显著的自发电极化增强、可换向二极管、光伏效应、压电性和THz辐射极大的拓展了BiFeO3纳米材料的功能性。Glinchuk理论计算预言的铁性纳米线、棒直径减小将导致巨磁电耦合效应,在2012年,K.Prashanthi等证实了多晶铁酸铋纳米线中存在磁电耦合效应,磁电耦合系数高于铁电薄膜很多。Liu等用水热的方法合成了单晶纯相BiFeO3纳米线,而对于这种结构严格有序的单晶多铁纳米线结构研究发现,PZT纳米线中存在多畴结构,BaTiO3纳米线中存在单畴结构。 基于上述考虑,本文利用水热的方法,在不同溶剂中尝试合成单晶纯相并且分散性均匀的BiFeO3纳米线;然后利用原子力的压电力模式进行压电测试,揭示单晶铁酸铋纳米线中铁电畴的结构,对纳米线施加纵向电压,探索纳米线上铁电极化反转现象,找出其中的规律。具体工作主要有以下三个部分: 1、不同溶剂下制备单晶BiFeO3纳米线。 利用水热的方法,选用Bi(NO3)3·5H2O和FeCl3·6H2O做溶质,在不同的溶剂条件下尝试合成BiFeO3纳米线。结果发现,用乙二醇作溶剂合成的产物中没有BiFeO3纳米线,而用丙酮作溶剂合成了单晶纯相的BiFeO3纳米线,SEM和TEM显示纳米线的长度在5-10um,直径在50-150nm之间。 2、BiFeO3纳米线中铁电畴结构。 利用原子力显微镜的压电力模式对BiFeO3纳米线进行压电测试,结果发现,纳米线上的铁电畴是沿着轴向的条纹,不同的条纹代表不同的极化取向。对纳米线和硅基底上的信号进行分析发现,纳米线上的压电信号与所加交流偏压成正比,为逆压电效应;硅基底上的信号与电压的平方成正比,为电介质的电致伸缩效应。 3、BiFeO3纳米线的面外铁电极化反转现象。 对测试到铁电畴结构的纳米线施加纵向电压,观察BiFeO3纳米线面外铁电极化反转现象。BiFeO3纳米线的面外压电图像显示,纳米线上的面外铁电极化矢量发生了明显的反转现象,有些区域顺电场方向偏转,为正常反转,有些区域逆电场方向反转,发生了反常极化现象。当去掉直流偏压后,纳米线上面外铁电极化矢量立刻回到初始状态。
纳米材料;单晶铁酸铋;合成工艺;铁电畴结构;铁电极化;反转现象
河南大学
硕士
凝聚态物理
刘兵;程纲
2013
中文
TB383
59
2013-12-20（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）