钛酸铋铁电薄膜的改性及其复合薄膜的磁电耦合效应研究

摘要

对铋层状钙钛矿结构钛酸铋无铅铁电薄膜的制备、改性、失效行为,以及钛酸铋-铁酸钴多铁复合材料进行了研究。通过分析A位和B位离子的极化率和半径关系,设计了一系列复合掺杂钛酸铋基无铅铋层状钙钛矿铁电体系,并制备出了一系列性能优良的单掺杂和复合掺杂的钛酸铋基无铅铁电薄膜,结果表明A位La~(3+)、Nd~(3+)、Eu~(3+)掺杂,B位V~(5+)、Zr~(4+)、Mn~(4+)都可以明显提高薄膜的性能,特别是A位Nd~(3+)掺杂可以很好地提高剩余极化强度和抗疲劳性,B位Mn~(4+)掺杂可以降低矫顽场和漏电电流,有望突破无铅铁电薄膜的应用瓶颈;同时,研究了铁电薄膜及其在辐照条件下的疲劳、保持性能损失和印记失效等失效行为,提出了一个能合理解释印记失效的双界面层的理论模型;还利用化学溶液沉积法制备了不同复合结构(颗粒复合和层状复合)的Nd掺杂钛酸铋/铁酸钴多铁薄膜,并研究了不同复合结构中的磁电耦合效应,研究发现在铁电/铁磁多铁复合材料中,铁电/铁磁界面处两种不同材料之间的原子相互耦合对磁电耦合效应具有很大的贡献。