钛酸铅系薄膜的制备与表征
铁电材料由于具有铁电性、压电性、热释电特性、线性电光效应、非线性光学效应等特性，因而它们在现代电子技术和光电子技术中具有重要的应用。PbTiO3系薄膜作为一种具有四方钙钛矿型结构的铁电材料，具有居里温度高、轴向比率大、相对介电常数小、压电各向异性大、热释电常数大、稳定性好、性能参数易调整等优点，是一种非常重要的铁电薄膜。但是随着科学技术的发展，对钛酸铅系薄膜的要求也越来越高，如颗粒的纳米化、薄膜要求一定厚度、具有一定取向、表面形貌要平整无孔洞、具有一定的微观结构等。这就要求我们在制备过程中优化合成条件，改善薄膜性质。
目前，制备钛酸铅系薄膜的方法很多，传统上制备薄膜采用的较多的是真空蒸发法、溅射法和气相生长法等，但它们都存在一定的局限性。而溶胶-凝胶法较其它方法有自己独特的优点，因此我们选择溶胶-凝胶法制备钛酸铅系薄膜。
本文的主要研究内容包括：1.稳定溶胶的制备采用溶胶-凝胶法制备钛酸铅系薄膜，由于需要一定厚度，溶胶的稳定性显得十分重要。本文考察了溶剂、铅过量、催化剂、螯合剂、表面活性剂等条件对溶胶稳定性、微观结构及薄膜表面形貌的影响。通过FT-IR、TGA-DTA、XRD、AFM、SEM等表征手段，找到了合成稳定溶胶及具有优良表面形貌的最佳条件：乙二醇甲醚为溶剂，铅过量10％，冰醋酸为催化剂，乙酰丙酮为螯合剂，甲酰胺为表面活性剂，其摩尔比为Pb：HAc：HAcAc：CHONH2=1.1：10：1：0.2。2.钛酸铅薄膜的制备与表征采用甩膜技术利用自制甩膜机进行甩膜，通过FT-IR、TGA-DTA、XRD、AFM、SEM等表征手段，考察了甩膜时间、退火温度、退火时间等条件对薄膜微观结构和表面形貌的影响。得出最佳条件为甩膜30s，热处理200℃10min、400℃30min，600℃退火60mim。
3.碱土金属掺杂钛酸铅薄膜的制备与表征考察了A位碱土金属掺杂对钛酸铅薄膜的微观结构、晶胞参数及表面形貌的影响。初步探索了不同碱土金属掺杂量对钛酸铅薄膜的影响，以及相同掺杂量时不同退火温度对微观结构及薄膜表面形貌的影响。发现随着钙的掺入PT晶体逐渐由四方相向立方相转变，构成薄膜的颗粒随着钙掺入量的不断增加而逐渐减小，钛酸铅的结晶性能随着退火温度的升高而逐渐增强。锶的掺入与钙掺杂有很多相似点，不同的是当掺杂量为50％时出现晶型转变，由四方相转为纯立方相。同时锶的加入可以降低纯PT的晶化温度，使制备陶瓷膜的退火温度降低，这可以有效控制由于过高退火温度造成的铅的挥发，有利于得到理想化学组成比的薄膜。钡的掺入同钙一样也可以改变原有的晶相结构，其结构由四方相向立方相转变，但转折点为掺杂量为70％。
钛酸铅薄膜;溶胶凝胶;碱土金属;铁电材料;真空蒸发法;溅射法;气相生长法
河北师范大学
硕士
无机化学
翟学良
2006
中文
TM221;TB383
69
2006-10-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）