CoFe2O4/SrTiO3复合薄膜的制备及铁电性能

摘要

目前受到广泛研究的磁电材料大多是以铁电相或压电相与铁磁相组成的，本课题选择的CoFe2O4/SrTiO3体系是以室温下的顺电性的SrTiO3与铁磁相CoFe2O4进行复合，借助两相的热膨胀系数的差异，引入热应力，诱导顺电SrTiO3在室温下表现出铁电性。本文采用溶胶-凝胶旋凃法制备了0-3型颗粒复合和2-2型叠层复合两种类型的CoFe2O4/SrTiO3复相薄膜，从薄膜的制备工艺、影响因素入手，着重研究了0-3型薄膜质量和性能的相关影响因素。
　　研究发现，采用乙二醇甲醚溶剂、乙酸催化剂和乙酰丙酮稳定剂得到了多组元稳定溶胶，其中包含Sr2+、Ti4+、Co2+、Fe3+四种金属离子，溶胶稳定时间延长到3个月。不同溶剂的溶胶以及快速热处理模式对薄膜的质量和性能影响很大，采用乙二醇甲醚作溶剂的溶胶采用分级煅烧的方式，在逐层退火的模式下得到的0-3型颗粒复合薄膜表面质量最平整，并且实现室温铁电性。
　　在0-3型颗粒复合的CoFe2O4/SrTiO3薄膜中，磁性相CoFe2O4的含量对薄膜表面粗糙度和铁电性能都有影响。借助AFM测试表面粗糙度和铁电性能表征发现，当CoFe2O4摩尔含量不超过0.2时，随着含量的增加，粗糙度先增加后降低，而剩余极化强度与含量成正比。当x=0.2时，粗糙度降低到2.08 nm，剩余极化强度达到2.14μC/cm2。此外，提高热解和退火温度能提高薄膜的质量和铁电性能，通过对退火温度等工艺的优化，室温铁电性能得到提高，剩余极化强度达到3.48μC/cm2，且饱和极化强度达到13.9μC/cm2。
　　采用单层处理模式制备的2-2叠层复合薄膜表面粗糙度比0-3型颗粒复合的薄膜小，仅在1 nm左右，且在室温下同样表现出铁电性。铁电性能受两相旋涂层数影响很大。随着磁性相厚度的增加，薄膜的抗压能力增强，漏电流减小，旋涂2层和3层的薄膜，在18V的电压下仍能维持较好的电滞回线。但随着铁电相厚度的增加，剩余极化强度Pr逐渐降低，旋涂3层时，小于1μC/cm2。

目录

第1章 绪 论

1.1课题背景

1.2多铁性磁电复合薄膜材料的结构类型及研究现状

1.3 SrTiO3和CoFe2O4体系薄膜研究现状

1.4主要研究内容

第2章 试验研究与分析测试方法

2.1试验原材料

2.2试验方案设计

2.3材料结构与形貌的分析

2.4材料性能测试

第3章 CoFe2O4/SrTiO3复合薄膜制备工艺

3.1多组元稳定溶胶配制工艺

3.2热处理温度

3.3溶胶制备时溶剂的选择

3.4处理模式对薄膜的影响

3.5本章小结

第4章 0-3型颗粒复合薄膜的微结构及铁电性能

4.1磁性相含量对xCoFe2O4-(1-x)SrTiO3复相薄膜的影响

4.2热解温度对0.15CoFe2O4-0.85SrTiO3薄膜的影响

4.3退火温度对0.15CoFe2O4-0.85SrTiO3薄膜的影响

4.4本章小结

第5章 2-2型叠层复合薄膜的微结构及铁电性能

5.1 2-2型叠层CoFe2O4/SrTiO3复合薄膜的制备

5.2 2-2型叠层CoFe2O4/SrTiO3复合薄膜的微观形貌

5.3 2-2型叠层CoFe2O4/SrTiO3复合薄膜的性能测试

5.4本章小结

结论

参考文献

声明

致谢