Pt-Pb(Zr0.52Ti0.48)O3纳米复合薄膜的制备及其电学性能

来源 :沈阳工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chris_1988
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锆钛酸铅(Pb(Zr,Ti)O3)铁电薄膜材料由于具有优异的铁电和介电性能,使得该材料在非易失性存储器、太阳能电池和高能量密度电容器等应用领域十分广泛。由于该材料主要是通过铁电极化反转来实现其功能特性,所以,如何提高其铁电性能成为研究热点。本论文以Pt金属粒子与Pb(Zr0.52Ti0.48)O3复合制备Pt-Pb(Zr0.52Ti0.48)O3(Pt-PZT)复合薄膜,以期提高薄膜的铁电性能。本论文首先采用溶胶-凝胶法成功制备了Pt-PZT纳米复合薄膜,系统研究了Pt复合量对Pt-PZT纳米复合薄膜晶体结构、微观结构、铁电性能和介电性能的影响。结果发现,粒径约5nm的Pt粒子以单质形式存在于Pt-PZT纳米复合薄膜中,当Pt摩尔分数为1.2mol%时,剩余极化值可达47μC/cm2,比纯的PZT薄膜增加了42.4%,同时,介电常数也提高了120%,表明添加适量Pt纳米粒子可以使薄膜的铁电性能显著提高。通过在四种不同的退火温度下对非晶态Pt-PZT纳米复合薄膜的晶化处理,研究了Pt纳米颗粒对Pt-PZT纳米复合薄膜结晶过程的影响。结合结晶动力学研究和实验表征发现,计算得到的Avrami系数n值约为0.85,说明复合薄膜的结晶过程受晶粒生长控制,晶核沿薄膜厚度方向一维生长,形成柱状晶粒。Pt粒子作为异质形核点促进PZT的形核结晶,使结晶激活能降低为176KJ/mol,远低于PZT薄膜,由此确定了Pt在Pt-PZT纳米复合薄膜结晶过程中的促进作用。以Pt层作为中间层夹在PZT层中,成功制备了三明治结构的层状Pt-PZT纳米复合薄膜,考察了中间层Pt的浓度对Pt-PZT纳米复合薄膜的制备和性能的影响。结果表明,Pt浓度为0.01mol/L制得的Pt-PZT层状复合薄膜,层状三明治结构清晰可见,且复合薄膜的PZT晶粒均为柱状晶,说明中间Pt粒子层进一步促进了PZT柱状晶粒的生长。由于Pt与PZT的复合可引起局部电场增强,层状复合薄膜的剩余极化值比纯PZT薄膜明显增加,说明贵金属Pt纳米复合是实现PZT铁电极化性能提高的有效手段。
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