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

毕业设计论文：PbZr0.52Ti0.48O3/NiFe2O4复合薄膜的制备与性能研究

摘 要 新型功能材料已经成为人们现代生活中必不可少的一部分，而复合磁电材料因其具有良好的铁电，铁磁，压电等特性成为近来研究的热点[1]。PbZr0.52Ti0.48O3/NiFe2O4复合材料则为磁电材料中最为常见的一类复合体系。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NFO薄膜。经过*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测试结果来分析不同层数的PZT/NFO复合薄膜的透光性能。通过阻抗分析仪和铁电仪分别测试PZT/NFO薄膜的压电性能和铁电性能，最后通过扫描电镜分析样品的形貌特征及其厚度。通过以上测试方法可以得出PZT/NFO复合薄膜的是否能够在铁电性和铁磁性性方面均能获得良好的综合性能。
关键词：PZT薄膜；NFO薄膜；磁电效应；溶胶凝胶法

Abstract New functional materials have
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pectrophotometer, 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）中的大量应用潜力，显示同步电磁顺序的复合磁电多铁材料受到了极大的关注。与复合材料中的其他耦合响应效应（例如压电效应和压电复合材料中的热电效应）一样，复合材料中的磁电效应近来引起了广泛的关注，这是因为对于表现出大磁电的宽带磁场的多铁微粒复合材料效果和非常平坦的频率响应。这种材料可以表现出由外部磁场引起的自发介电极化，或者由施加的电场引起的磁化，即磁电效应。磁电效应是耦合（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ME效应，施加的磁场在压电磁场中产生应变，从而改变压电相位。ME效应的历史可以追溯到1894年，当时居里表示，在磁场的影响下，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基础上预测了反铁磁性Cr2O3中磁电效应的存在，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了这一点。由铁电相（例如BaTiO3）和铁磁相（例如CoFe2O4）制成具有令人惊讶的大磁电效应的多铁微粒复合材料。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 - 铁磁复合材料的磁电性质被称为复合材料的产物，以及复合材料中两相不同性质之间相互作用的结果[2]。铁电相和铁磁相都不具有磁电效应，但是这两相的多铁微粒复合物具有显着的磁电效应。因此，磁电效应是压电效应（机电效应）和多铁相中的压磁效应（磁力效应）的产物。类似地，还可以通过热电 - 铁磁复合物中的热相互作用来获得耦合的磁电效应。铁电相和铁氧体相的选择取决于它们的居里温度，压电相的良好压电性能和磁致伸缩相的足够高的压磁性，高的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绝缘体作为这些复合材料中的磁致伸缩成分。磁致伸缩相的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ME电压的短路路径。
所有目前已知的单相材料中的磁电效应很弱或着在低温下才出现，相比较而言，压电和磁致伸缩的多相人造复合材料具有相对较高的磁电效应响应。最近，纳米结构材料因其在微电子器件和集成单元中的重要前景而备受关注，薄膜的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实验条件下获得不同的性质和特征。
1.2 PZT薄膜的基本性质
钙钛矿中PZT的化学结构属于ABO3型。下图为其晶体结构图。A和B一般是金属离子元素。而且，由图可知，一般A的体积大于B型离子元素的，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结构都小于氧离子组成的八面体的间隙，因而当外界加压或者是加电场的时候，会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重心位置也发生偏移，进而产生了电偶极矩，即自发极化显现。


图1.1 PZT晶胞结构图
因为钛锆酸铅具有非常优秀的介电性能，压电性能，铁电性能，以及热释电性能，所以得以广泛应用于军事的大规模的集成电路中及民用上。PZT的这些种优秀性能大大推动了人们对它的研究。压电体的研究是从p居里、j居里兄弟二人发现了压电效应时开始的。从此以后，在各个应用方面，压电体的身影都可见到。1954年合成的锆钛酸铅其压电性能较BaTiO3类材料更为优异，PZT就慢慢代替BaTiO3成为压电材料中使用最广的。在1955年时，美国科学家发现了PZT类的压电陶瓷具有更好的压电性能。随着PZT的大量研究，对压电器件的应用上研究也越来越多了。在1970年代，研究者们开始对PZT增加第三元 ……（未完，全文共15816字，当前仅显示2845字，请阅读下面提示信息。收藏《毕业论文：PbZr0.52Ti0.48O3/NiFe2O4复合薄膜的制备与性能研究》）