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毕业论文:PbZr0.52Ti0.48O3/NiFe2O4复合薄膜的彩票制备与性能研究

发表时间:2018-10-15 18:09:42
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毕业设计论文:PbZr0.52Ti0.48O3/NiFe2O4复合薄膜的彩票制备与性能研究

摘 要 新型功能材料已经成为人们现代生活中必不可少的彩票一部分,而复合磁电材料因其具有良好的彩票铁电,铁磁,压电等特性成为近来研究的彩票热点[1]。PbZr0.52Ti0.48O3/NiFe2O4复合材料则为磁电材料中最为常见的彩票一类复合体系。本实验采用溶胶凝胶法制备前驱体溶液,以Zr(OCH2CH2CH3)4,Ti(OCH(CH3)2)4,Pb(CH3COO)2•3H2O为原料制备0.1 mol/L的彩票PZT溶液,以Fe(NO3)3•9H2O,Ni(NO3)2•6H2O为原料,乙二醇甲醚为溶剂制备浓度为0.1 mol/L的彩票NFO溶液。以FTO作为沉底,将PZT溶胶旋涂于FTO基片上制备单层PZT薄膜,使PZT薄膜经过烧结退火后,在此基础上旋涂不同层数的彩票NFO薄膜。经过X射线衍射仪照射表明PZT/NFO复合薄膜结晶良好,依据紫外分光光度计的彩票测试结果来分析不同层数的彩票PZT/NFO复合薄膜的彩票透光性能。通过阻抗分析仪和铁电仪分别测试PZT/NFO薄膜的彩票压电性能和铁电性能,最后通过扫描电镜分析样品的彩票形貌特征及其厚度。通过以上测试方法可以得出PZT/NFO复合薄膜的彩票是注册否能够在铁电性和铁磁性性方面均能获得良好的彩票综合性能。
关键词:PZT薄膜;NFO薄膜;磁电效应;溶胶凝胶法

Abstract New functional materials have become an indispensable part of peoples modern life, and composite magnetoelectric materials have become hot spots in recent research due to their excellent ferroelectric, ferromagnetic and piezoelectric properties.PbZr0.52Ti0.48O3/NiFe2O4 composites are the most common type of composite system in magnetoelectric materials.In this experiment, a precursor solution was prepared by sol-gel method. Zr(OCH2CH2CH3)4, Ti(OCH(CH3)2)4, and Pb(CH3COO)2•3H2O were used as raw materials to prepare 0.1mol/L PZT solution with Fe(NO3)3` 9H2O, Ni(NO3)2`6H2O were used as raw materials, and ethylene glycol methyl ether was used as a solvent to prepare NFO solution with a concentration of 0.1 mol/L.With FTO as the sink, PZT sol was spin-coated on FTO substrate to prepare single-layer PZT thin film. After PZT thin film was sintered and annealed, different layers of NFO thin film were spin-coated.The X-ray diffractometer showed that the PZT/NFO composite film crystallizes well. According to the results of the UV spectrophotometer, 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 绪论
1.1引言
由于其基本的彩票物理背景和多功能设备(如传感器,传感器和多态存储器)中的彩票大量应用潜力,显示同步电磁顺序的彩票复合磁电多铁材料受到彩金极大的彩票关注。与复合材料中的彩票其他耦合响应效应(例如压电效应和压电复合材料中的彩票热电效应)一样,复合材料中的彩票磁电效应近来引起彩金广泛的彩票关注,这是注册因为对于表现出大磁电的彩票宽带磁场的彩票多铁微粒复合材料效果和非常平坦的彩票频率响应。这种材料可以表现出由外部磁场引起的彩票自发介电极化,或者由施加的彩票电场引起的彩票磁化,即磁电效应。磁电效应是注册耦合(或交叉)两场效应,其中施加磁场或电场引起电极化以及磁化,对于磁场引起的彩票ME效应,施加的彩票磁场在压电磁场中产生应变,从而改变压电相位。ME效应的彩票历史可以追溯到1894年,当时居里表示,在磁场的彩票影响下,不对称分子体可能发生定向极化。后来有研究人员从对称性考虑磁电效应可能发生在磁性有序晶体中,而且有研究者在理论分析的彩票基础上预测彩金反铁磁性Cr2O3中磁电效应的彩票存在,最后通过测量电场感应磁化强度以及检测磁场感应极化证实彩金这一点。由铁电相(例如BaTiO3)和铁磁相(例如CoFe2O4)制成具有令人惊讶的彩票大磁电效应的彩票多铁微粒复合材料。当将磁场施加到压电钙钛矿和尖晶石结构相的彩票复合物上时,铁氧体由于磁致伸缩而改变其形状,并且应变沿着压电颗粒传递,导致电极化。这种铁电 - 铁磁复合材料的彩票磁电性质被称为复合材料的彩票产物,以及复合材料中两相不同性质之间相互作用的彩票结果[2]。铁电相和铁磁相都不具有磁电效应,但是注册这两相的彩票多铁微粒复合物具有显着的彩票磁电效应。因此,磁电效应是注册压电效应(机电效应)和多铁相中的彩票压磁效应(磁力效应)的彩票产物。类似地,还可以通过热电 - 铁磁复合物中的彩票热相互作用来获得耦合的彩票磁电效应。铁电相和铁氧体相的彩票选择取决于它们的彩票居里温度,压电相的彩票良好压电性能和磁致伸缩相的彩票足够高的彩票压磁性,高的彩票机电和磁力耦合系数以及结构可比性,应该选择高度压磁的彩票绝缘体作为这些复合材料中的彩票磁致伸缩成分。磁致伸缩相的彩票电阻率也应该尽可能高,以避免通过亚铁磁相在ME复合物中产生的彩票ME电压的彩票短路路径。
所有目前已知的彩票单相材料中的彩票磁电效应很弱或着在低温下才出现,相比较而言,压电和磁致伸缩的彩票多相人造复合材料具有相对较高的彩票磁电效应响应。最近,纳米结构材料因其在微电子器件和集成单元中的彩票重要前景而备受关注,薄膜的彩票不同纳米结构已被证明。通过溶胶 - 凝胶法和旋涂法或化学溶液沉积技术制备复合薄膜,这些薄膜表现出磁性和铁电性质以及磁电耦合。磁电复合薄膜在不同的彩票实验条件下获得不同的彩票性质和特征。
1.2 PZT薄膜的彩票基本性质
钙钛矿中PZT的彩票化学结构属于ABO3型。下图为其晶体结构图。A和B一般是注册金属离子元素。而且,由图可知,一般A的彩票体积大于B型离子元素的彩票,并且六个O2-位于面心,Pb位于A处,Zr4+/Ti4+则位于B处。由于钛离子和锆离子的彩票结构都小于氧离子组成的彩票八面体的彩票间隙,因而当外界加压或者是注册加电场的彩票时候,会娱乐使钛离子和锆离子发生移动,进而使其正电荷和负电荷之间的彩票重心位置也发生偏移,进而产生彩金电偶极矩,即自发极化显现。


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