铁电薄膜铁电性能的表征-南京大学

薄膜材料的应用与发展

薄膜材料的应用与发展薄膜材料的发展以及应用，薄膜材料的分类，如金刚石薄膜、铁电薄膜、氮化碳薄膜、半导体薄膜复合材料、超晶格薄膜材料、多层薄膜材料等。各类薄膜在生产与生活中的运用以及展望。 1 膜材料的发展在科学发展日新月异的今天，大量具有各种不同功能的薄膜得到了广泛的应用，薄膜作为一种重要的材料在材料领域占据着越来越重要的地位。自然届中大地、海洋与大气之间存在表面，一切有形的实体都为表面所包裹，这是宏观表面。生物体还存在许多肉眼看不见的微观表面，如细胞膜和生物膜。生物体生命现象的重要过程就是在这些表面上进行的。细胞膜是由两层两亲分子--脂双层膜构成，它好似栅栏，将一些分子拦在细胞内，小分子如氧气、二氧化碳等，可以毫不费力从膜中穿过。膜脂双层分子层中间还夹杂着蛋白质，有的像船，可以载分子，有的像泵，可以把分子泵到膜外。细胞膜具有选择性，不同的离子须走不同的通道才行，比如有K＋通道、Cl－通道等等。细胞膜的这些结构和功能带来了生命，带来了神奇。 2 膜材料的应用人们在惊叹细胞膜奇妙功能的同时，也在试图模仿它，仿生一直以来就是材料设计的重要手段，这就是薄膜材料。它的一个很重要的应用就是海水的淡化。虽然地球上70％的面积被水覆盖着，但是人们赖以生存的淡水只占总水量的2.5％～3％，随着人口增长和工业发展，当今世界几乎处于水荒之中。因此将浩瀚的海水转为可以饮用的淡水迫在眉睫。淡化海水的技术主要有反渗透法和蒸馏法,反渗透法用到的是具有选择性的高分子渗透膜,在膜的一边给海水施加高压,使水分子透过渗透膜,达到膜的另一边,而把各种盐类离子留下来,就得到了淡水。反渗透法的关键就是渗透膜的性能,目前常用有醋酸纤维素类、聚酰胺类、聚苯砜对苯二甲酰胺类等膜材料.这种淡化过程比起蒸法法,是一种清洁高效的绿色方法。利用膜两边的浓度差不仅可以淡化海水,还可以提取多种有机物质。工业生产中，可用膜法过滤含酚、苯胺、有机磺酸盐等工业废水，膜法过滤大大节约了成本,有利于我们的生存环境。膜的应用还体现在表面化学上面。在日常生活中,我们会发现在树叶表面,水滴总是呈圆形,是因为水不能在叶面铺展。喷洒农药时,如果在农药中加入少量的润湿剂(一种表面活性剂),农药就能够在叶面铺展,提高杀虫效果,降低农药用量。更重要的，研究人员还将膜材料用于血液透析，透析膜的主要功能是移除体内多余水份和清除尿毒症毒素，大大降低了肾功能衰竭患者的病死率[1] 3 膜材料的分类近年来,随着成膜技术的飞速发展,各种材料的薄膜化已经成为一种普遍趋势。薄膜材料种类繁多,应用广泛,目前常用的有：超导薄膜、导电薄膜、电阻薄膜、半导体薄膜、介质薄膜、绝缘薄膜、钝化与保护薄膜、压电薄膜、铁电薄膜、光电薄膜、磁电薄膜、磁光薄膜等。目前很受人们注目的主要有一下几种薄膜。 3.1金刚石薄膜金刚石薄膜的禁带宽，电阻率和热导率大，载流子迁移率高，介电常数小，击穿电压高，是一种性能优异的电子薄膜功能材料，应用前景十分广阔。近年来,随着科技的发展,人们发展了多种金刚石薄膜的制备方法,比如离子束沉积法、磁控溅射法、热致化学气相沉积法、等离子化学气相沉积法等.成功获得了生长速度快、具有较高质量的膜,从而使金刚石膜具备了商业应用的可能。

压电和铁电材料

7.4 热电、压电和铁电材料根据固体材料对外电场作用的响应方式不同，我们可以把它们分成两类。一类是导电材料，即超导体、导体、半导体和绝缘体，它们是以传导方式传递外界电场的作用和影响（可以是电子传导、空穴传导和离子传导）。另一类固体材料则是以感应方式来传递外界电场的作用和影响，这类材料叫做介电材料或电介质材料。电介质材料置于外电场作用下，电介质内部就会出现电极化，原来不带电的电介质，其内部和表面将受感应而产生一定的电荷。电极化可以用极化强度P 表示（单位体积内感应的偶极矩），这种电极化可以分为电子极化、离子极化和取向极化。有一类电介质即使无外电场的作用其内部也会出现极化，这种极化称为自发极化，它可用矢量来描述。由于这种自发极化的出现，在晶体中形成了一个特殊的方向，具有这种特殊结构的电介质，每个晶胞中原子的构型使正负电荷重心沿这个特殊方向发生相对位移，形成电偶极矩，使整个晶体在该方向上呈现了极性，一端为正，一端为负，这个特殊方向称为特殊极性方向，在晶体学中通常称为极轴。而具有特殊极性方向的电介质称为极性电介质。晶体的许多性质，诸如介电、压电、热电和铁电性，以及与之相关的电致伸缩性质、非线性光学性质、电光性质、声光性质、光折变性质等，都是与其电极化性质相关的。晶体在外电场作用下，引起电介质产生电极化的现象，称为晶体的介电性。 7.4.1热电材料 1. 热电效应 (1) 塞贝克(Seebeck)效应当两种不同金属接触时，它们之间会产生接触电位差。如果两种不同金属形成一个回路时，两个接头的温度不同，则由于该两接头的接触电位不同，电路中会存在一个电动势，因而有电流通过。电流与热流之间有交互作用存在，其温度梯度不但可以产生热流，还可以产生电流，这是一种热电效应，称为塞贝克效应，其所形成的电动势，称为塞贝克电动势。塞贝克电动势的大小既与材料有关，也是温度差的函数。在温度差?T较小时，塞贝克电动势E AB与温度差呈线性关系，即E AB=S AB?T，式中S AB为材料A和B的相对塞贝克系数。通常规定，在热端的电

铁电材料性能研究

●总的看来，与其它各类阴极相比，铁电阴极具有自身独特的技术优势： (1) 铁电阴极可在常温下实现激励且伴生有空间电荷平衡的等离子体环境，使得电子束具有非常小的发散角度和较高的束亮度，所以铁电阴极又常称作铁电冷阴极(ferroelectric cold cathode)； (2) 通过阴极表面覆盖金属膜形状的设计，容易产生不同的束截面形状； (3) 铁电材料不怕“中毒”，因而对真空环境要求不苛刻； (4) 铁电材料价格低廉，易于制作，结构紧凑，坚固可靠； (5) 铁电冷阴极材料是绝缘体，功函数较低，因而可在较低的萃取电场作用下实现电子发射；(6) 铁电体的快极化反转理论上可产生5 210 A/cm 量级的最大电流密度，远远超过了热电子阴极和激光照射的光电阴极电子源。 (7) 发射电子能量高由周期性的自发极化反转产生的铁电体电子发射可用于新型的平面显示器。电子发射出现于电极形状决定的极化区域。因此，铁电显示器可做成投射型显示器，即通过投射转换把整幅图像一次性转换成电信号，而这对于一般场电子发射显示系统是不可能的。铁电陶瓷平板显示技术与其他一些平板显示技术相比,具有许多优点。铁电陶瓷板和铁电薄膜制备工艺较为简单,成本较低,可有效降低平板显示器的制造成本。同时可以根据需要制作出各种尺寸和形状的陶瓷板或薄膜,易于制作出大尺寸的平板显示器,满足市场的需要。现代陶瓷制备技术和薄膜制备技术可以保证制造出高度均匀的铁电陶瓷板和铁电薄膜,使得其在铁电发射时能均匀地发射电子,保证显示器亮度的均匀性。用铁电陶瓷或薄膜代替场致发射显示器中的微尖端场发射阵列,可以避免因微尖端场发射阵列制备不均匀而带来的显示器亮度不均问题。 ●铁电阴极发射的机理主要有两种： 1、快速极化反转引起的电子发射这种理论认为铁电材料具有自发极化强度 P，在平衡状态下，这种自发极化被表面电荷屏蔽。当施加外电场，机械压力，或者温度发生变化，都会导致 P 的反转，这时铁电材料表面原来的屏蔽电荷就会转变为非补偿性电荷，这种非补偿性

铁电性能综合测试概要

铁电薄膜的铁电性能测量引言铁电体是这样一类晶体:在一定温度范围内存在自发极化,自发极化具有两个或多个可能的取向,其取向可能随电场而转向.铁电体并不含“铁”,只是它与铁磁体具有磁滞回线相类似，具有电滞回线，因而称为铁电体。在某一温度以上，它为顺电相，无铁电性，其介电常数服从居里-外斯（Curit-Weiss）定律。铁电相与顺电相之间的转变通常称为铁电相变，该温度称为居里温度或居里点Tc。铁电体即使在没有外界电场作用下，内部也会出现极化，这种极化称为自发极化。自发极化的出现是与这一类材料的晶体结构有关的。晶体的对称性可以划分为32种点群。在无中心对称的21种晶体类型种除432点群外其余20种都有压电效应，而这20种压电晶体中又有10种具热释电现象。热释电晶体是具有自发极化的晶体，但因表面电荷的抵偿作用，其极化电矩不能显示出来，只有当温度改变，电矩（即极化强度）发生变化，才能显示固有的极化，这可以通过测量一闭合回路中流动的电荷来观测。热释电就是指改变温度才能显示电极化的现象，铁电体又是热释电晶体中的一小类，其特点就是自发极化强度可因电场作用而反向，因而极化强度和电场E 之间形成电滞回线是铁电体的一个主要特性。自发极化可用矢量来描述，自发极化出现在晶体中造成一个特殊的方向。晶体红，每个晶胞中原子的构型使正负电荷重心沿这个特殊方向发生位移，使电荷正负中心不重合，形成电偶极矩。整个晶体在该方向上呈现极性，一端为正，一端为负。在其正负端分别有一层正和负的束缚电荷。束缚电荷产生的电场在晶体内部与极化反向（称为退极化场），使静电能升高，在受机械约束时，伴随着自发极化的应变还将使应变能增加，所以均匀极化的状态是不稳定的，晶体将分成若干小区域，每个小区域称为电畴或畴，畴的间界叫畴壁。畴的出现使晶体的静电能和应变能降低，但畴壁的存在引入了畴壁能。总自由能取极小值的条件决定了电畴的稳定性。参考资料 [1]钟维烈，铁电物理学，科学出版社，1996。 [2]干福熹，信息材料，天津大学出版社，2000 [3]J.F.Scoot,Ferroelectric Memories,Springer,2000。实验目的一、了解什么是铁电体，什么是电滞回线及其测量原理和方法。二、了解铁薄膜材料的功能和应用前景。实验原理一、铁电体的特点 1．电滞回线铁电体的极化随外电场的变化而变化，但电场较强时，极化与电场之间呈非线性关系。在电场作用下新畴成核长，畴壁移动，导致极化转向，在电场很弱时，极化线

塑料力学性能测试标准大全-

塑料力学性能测试标准 GB/T 1039-1992塑料力学性能试验方法总则 plastics--General rules for the test method of mechannlcal properties GB1040 塑料拉伸试验方法 Plastics--Determination of tensile properties GB/T_1041-1992 塑料压缩性能试验方法 Plastics--Determination of compressive properties GB/T 1043-93 硬质塑料简支梁冲击试验方法 Plastics--Determination of charpy impact strength of rigid matericals GB/T 14153-1993硬质塑料落锤冲击试验方法通则 General test method for impact resistance of rigid plastics by means of falling weight GB/T 14484-1993 塑料承载强度试验方法 Test method for bearing strength of plastics GB/T 14485-1993 工程塑料硬质塑料板材及塑料件耐冲击性能试验方法、落球法Standard methods of testing for impact resistance of plats and pats made from englneering plastics by a ball(falling ball GB/T 15047-1994 塑料扭转刚性试验方法 Test method for stiffness proporties in tirsion of plastics GB/T 15048-1994 硬质泡沫塑料压缩蠕变试验方法 Cellular plastics,rigid--Determination of compressive creep GB/T 12027-2004 塑料-薄膜和薄片-加热尺寸变化率试验方法 Plastics--film and sheeting-Determination of dimensional change on heating GB/T 2013525-1992 塑料拉伸冲击性能试验方法 Test method for tensile-impact property of plastics GB/T 11999-1989塑料薄膜和薄片耐撕裂性试验方法埃莱门多夫法 Plastics--Film and sheeting--Determination of tear resistance--Elmendorf method GB/T 10808-1989 软质泡沫塑料撕裂性能试验方法 Cellular plastics--Tear resistance test for flexible materials

压电铁电材料的研究

压电铁电材料的研究介绍了压电铁电材料，及其特点,探讨了压电铁电材料的制备方法。标签：压电材料; 铁电材料 1 引言压电材料最早由Jacques和Pierre Curie兄弟于1880年发现的，居里兄弟在研究热电现象和晶体对称性的时候，在α石英晶体上最先发现了压电效应。1881年，居里兄弟用实验证实了压电晶体在外加电场作用下会发生形变。绝大部分压电体来源于铁电体。一般认为，铁电性的研究始于1920年，是法国人Valasek 发现的铁电现象，他观察到罗息盐（酒石酸钾钠，NaKC4H4O64H2O）的极化可以在施加外电场的情况下反向。1935-1938年，苏联的G. Busch和P. Schemer研制出水溶性压电晶体磷酸二氢钾(KH2PO4，简称KDP)和磷酸二氢氨((NH4)H2PO4，简称ADP)，在四十年代得到了广泛应用，对压电铁电材料的发展起了很大的推动作用。目前，世界上的铁电元件的年产值己达数百亿美元。铁电材料是一个比较庞大的家族，目前应用得最好的是陶瓷系列。但是由于铅的有毒性及此类铁电材料居里温度低、耐疲劳性能差等原因，应用范围受到了限制。开发新一代铁电材料己成为当今的热门问题。 2 压电铁电材料的特点压电材料是实现机械能与电能相互转换的功能材料，在电、磁、声、光、热、湿、气、力等功能转换器件中发挥着重要的作用，具有广阔的应用前景。压电材料按其化学组成和形态分为压电单晶、压电陶瓷、压电聚合物及复合压电材料四类。其中压电陶瓷系列品种众多，应用广泛。压电效应是一种机电耦合效应，可将机械能转换为电能，这种效应称为正压电效应。反之，如果将一块压电晶体置于外电场中，由于外电场的作用，会引起晶体内部正负电荷中心的位移，这一极化位移又会导致晶体发生形变，称为逆压电效应。这两种效应统称为压电效应，具有压电效应的材料称为压电材料。在具有压电效应的材料中，具有自发极化，而且其自发极化强度可以因外电场反向而反向，或者在电场作用下不可反向但可以重取向的晶体称之为铁电体(ferroelectrics)。铁电体中的自发极化有两个或多个可能的取向。所有铁电体都可

明胶膜的力学性能

抗拉强度=最大应力；断裂伸长率=最大应变 1、戊二醛交联明胶成膜弹性模量达27MPa Bigi, S. Panzavolta, K. Rubini. Relationship between triple-helix content and mechanical properties of gelatin films[J]. Biomaterials, 2004,25 (25) :5675–5680. 2、转谷氨酰胺酶(mTG)改性明胶可食性薄膜抗张强度达18.3 MPa, 韧度达8.4 J/cm2 丁克毅,刘军，Eleanor Brown，Maryann Taylor. 转谷氨酰胺酶(mTG)改性明胶高强度薄膜的制备[J]. 食品与生物技术学报，2006，27（1）：1-4. 3、NaCS-starch复合膜的力学性能：TS从14.5 MPa(不含淀粉的NaCS膜)开始下降到4.01 MPa （含淀粉75%）。而E % 从27.94%(不含淀粉的NaCS膜)增加到41.44%（含淀粉75%）,增加了1.48倍。 Guo Chen, Bin Liu, Bin Zhang. Characterization of composite hydrocolloid film based on sodium cellulose sulfate and cassava starch[J]. Journal of Food Engineering,2014,125:105-111. 4、不同羟丙甲纤维素(HPMC)和羟丙基淀粉(HPS)配比的膜的力学性能：17MPa左右 Liang Zhang, Yanfei Wanga, Hongsheng Liu, Long Yu等.Developing hydroxypropyl methylcellulose/hydroxypropyl starch blends for use as capsule materials[J]. Carbohydrate Polymers, 2013,98 () :73–79 5、当戊二醛用量为2. 5 m L时使明胶膜的抗拉强度由2 2 .5 MP a增加到3 2 MP a 左右; 当搅拌时间约为4 0 m i n时可使交联明胶膜具有最大的抗拉强度61左右。林海莉,曹静,李艳. 戊二醛交联明胶膜的制备与性能研究[J].化学工程与装备, 2010,(6):56-58. 6、

铁电材料的研究热点

铁电材料的研究热点摘要：铁电材料具有优秀的电学性能，其电子元件集成度高、能耗小、响应速度快。目前研究者将铁电材料同其它技术相结合，使新诞生的集成铁电材料性能更为优秀。本文介绍了有压电材料、储能用铁电介质材料、有机铁电薄膜材料、多铁性材料、铁电阻变材料的研究状况。关键词：铁电；压电材料；铁电储能；有机铁电薄膜材料；多铁性材料；铁电阻变 1 铁电材料的研究背景铁电体早在20世纪40年代就引起物理学界的关注，但由于大快铁电晶体材料不易薄膜化，与半导体和金属不相兼容，使其未能在材料和信息领域扮演重要的角色，随着薄膜技术的发展，克服了制备高质量铁电薄膜的技术障碍，特别是能在不同衬底材料上沉积高质量的外延或择优取向的薄膜，使铁电薄膜技术和半导体技术的兼容成为可能。由于人工铁电材料种类的不断扩大，特别是铁电薄膜技术和微电子集成技术长足发展，也对铁电材料提出了小型化，集成化等更高要求，正是在这样的研究背景下，传统的半导体材料和陶瓷材料结合而形成新的叫交叉学科——集成铁电学（Integrated Ferroc-Icctrics）出现了，并由此使铁电材料及其热释电器件的研究开发呈现了两个特点：①是由体材料组成的器件向薄膜器件过渡；②是由分立器件向集成化器件发展。

集成铁电体是凝聚态物理和固态电子学领域的热门课题之一。铁电材料有着丰富的物理内涵，除了具备铁电性之外，还具有压电性、介电性、热释电性、光电效应、声光效应、光折变效应以及非线性光学效应等众多性能，可用于制备电容器件、压力传感器、铁电存储器、波导管、光学存储器等一系列电子元件，铁电材料因其广阔的应用前景而倍受关注。目前的铁电器件往往仅单独用到了铁电材料中的单一性能，如压电性或者热释电性。将铁电材料中的性能综合在一起或者将铁点技术同半导体等其他技术结合在一起的集成铁电材料有着更为强大的功能。铁电材料的研究进展主要包括[1]：①提高现有材料的单一性能，儒压电材料中准同型相界以及合适的晶格取向会大幅度提高压电系数。②开发新型铁电材料，如存储能量的电介质和有机铁电材料。③将铁电性同其他性能结合，包括可以实现磁电互控的具备多种初级铁性的多铁材料，以及可以通过铁电极化调控材料内部电阻的铁电阻变材料。 2 压电材料由于压电薄膜具有优异的压电效应和逆压电效应并且介电常数高，稳定性好，因此制备出来的微型传感器和驱动器等压电器件有众多优势：①在高频共振体系中，传统的高频静电驱动器虽然有很大的进展，但是这类器件不仅要求发达的图像成形技术以满足小尺寸要求的同时还要克服容易受到外界环境的巨大影响的弱点，而压电材料本身谐振频率就在MHz~GHz之间，并且有着很好的温度稳定性，工艺

关于铁电材料的发展历史和现状(1)

关于铁电材料的发展历史和现状(1) 符春林潘复生蔡苇邓小玲论文关键词：铁电材料罗息盐磷酸二氢钾钙钛矿论文摘要：铁电材料是～类重要的功能材料，是近年来高新技术研究的前沿和热点之一符春林潘复生蔡苇邓小玲论文关键词：铁电材料罗息盐磷酸二氢钾钙钛矿论文摘要：铁电材料是～类重要的功能材料，是近年来高新技术研究的前沿和热点之一。通过罗息盐时期一发现铁电性、KDP时期一铁电热力学理论、钙钛矿时期一铁电软模理论、铁电薄膜及器件时期～小型化四个阶段阐述了铁电材料的发展历史，提出了研究中需要解决的一些问题。铁电材料是一类重要的功能材料．它具有介电性、压电性、热释电性、铁电性以及电光效应、声光效应、光折变效应和非线性光学效应等重要特性，可用于制作铁电存储器、热释电红外探测器、空间光调制器、光波导、介质移相器、压控滤波器等重要的新型元器件。这些元器件在航空航天、通信、家电、国防等领域具有广泛的应用前景。因此铁电材料成了近年来高新技术研究的前沿和热点之一。早在远古时期，人们就知道某些物质具有与温度有关的自发电偶极距，因为它们被加热时具有吸引其它轻小物体的能力。1824年Brewster观察到许多矿石具有热释电性。l880

年约·居里和皮·居里发现当对样品施加应力时出现电极化的现象。但是，早期发现的热释电体没有一个是铁电体。在未经处理的铁电单晶中。电畴的极化方向是杂乱的，晶体的净极化为零，热释电响应和压电响应也十分微小，这就是铁电体很晚才被发现的主要原因。直到l920年，法国人Valasek 发现了罗息盐特异的介电性能，才掀开了铁电体的历史。在铁电发展史上的重要历史事件按年代顺序列于表l 中。 1四个发展阶段关于铁电的发展历史，大体可以分为以下四个阶段。 1．1罗息盐时期一发现铁电性 1919年，JosephVa1asek在美国明尼苏达州大学读研究生，师从物理学家WFGSwan教授。从事宇宙射线物理理论研究工作而闻名于世的Swan教授建议Valasek研究罗息盐单晶的物理性能。在接下来的两年里，Valasek测量了罗息盐的线性介电响应、非线性介电性能、压电性能、热释电现象等宏观性能。1920年4月23日在华盛顿举办的美国物理学会会议上，铁电性概念诞生了。 Valasek在“PiezoelectricandalliedphenomenainR0chellesalt”报告中指出：电位移D、电场强度E、极化强度尸分别类比于磁学中的、和，．罗息盐中P与E之间存在的回线与磁滞回

铁电薄膜铁电性能的表征

铁电性【引言】铁电体是这样一类晶体:在一定温度范围内存在自发极化,自发极化具有两个或多个可能的取向,其取向可能随电场而转向.铁电体并不含“铁”,只是它与铁磁体具有磁滞回线相类似，具有电滞回线，因而称为铁电体。在某一温度以上，它为顺电相，无铁电性，其介电常数服从居里-外斯（Curit-Weiss）定律。铁电相与顺电相之间的转变通常称为铁电相变，该温度称为居里温度或居里点Tc。铁电体即使在没有外界电场作用下，内部也会出现极化，这种极化称为自发极化。自发极化的出现是与这一类材料的晶体结构有关的。晶体的对称性可以划分为32种点群。在无中心对称的21种晶体类型种除432点群外其余20种都有压电效应，而这20种压电晶体中又有10种具热释电现象。热释电晶体是具有自发极化的晶体，但因表面电荷的抵偿作用，其极化电矩不能显示出来，只有当温度改变，电矩（即极化强度）发生变化，才能显示固有的极化，这可以通过测量一闭合回路中流动的电荷来观测。热释电就是指改变温度才能显示电极化的现象，铁电体又是热释电晶体中的一小类，其特点就是自发极化强度可因电场作用而反向，因而极化强度和电场E 之间形成电滞回线是铁电体的一个主要特性。自发极化可用矢量来描述，自发极化出现在晶体中造成一个特殊的方向。晶体中，每个晶胞中原子的构型使正负电荷重心沿这个特殊方向发生相对位移，使电荷正负重心不重合，形成电偶极矩。整个晶体在该方向上呈现极性，一端为正，一端为负。在其正负端分别有一层正和负的束缚电荷。束缚电荷产生的电场在晶体内部与极化反向（称为退极化场），使静电能升高，在受机械约束时，伴随着自发极化的应变还将使应变能增加，所以均匀极化的状态是不稳定的，晶体将分成若干小区域，每个小区域内部电偶极子沿同一方向，但各个小区域电偶极子方向不同，这些小区域称为电畴或畴，畴的间界叫畴壁。畴的出现使晶体的静电能和应变能降低，但畴壁的存在引入了畴壁能。总自由能取极小值的条件决定了电畴的稳构型。二、实验目的 1、了解什么是铁电体，什么是电滞回线及其测量原理和方法。 2、了解铁薄膜材料的功能和应用前景。三、实验原理 1、铁电体的特点（1）电滞回线铁电体的极化随外电场的变化而变化，但电场较强时，极化与电场之间呈非线性关系。在电场作用下新畴成核长，畴壁移动，导致极化转向，在电场很弱时，极化线性地依赖于电场见图(12.2-1) ,此时可逆的畴壁移动成为不可逆的，极化随电场的增加比线性段快。当电场达到相应于B点值时，晶体成为单畴，极化趋于饱和。电场进一步增强时，由于感应极化的增加，总极化仍然有所增大(BC)段。如果趋于饱和后电场减小，极化将循 CBD段曲线减小，以致当电场达到零时，晶

铁电材料的特性及应用综述

铁电材料的特性及应用综述孙敬芝（河北联合大学材料科学与工程学院河北唐山 063009）摘要：铁电材料具有良好的铁电性、压电性、热释电以及性光学等特性以及原理，铁电材料是具有驱动和传感2 种功能的机敏材料, 可以块材、膜材(薄膜和厚膜) 和复合材料等多种形式应用, 在微电子机械和智能材料与结构系统中具有广阔的潜在应用市场。关键词：铁电材料；铁电性；应用前景 C haracteristics and Application of Ferroelectric material Sun Jingzhi ( Materials Science and Engineering college, Hebei United University Tangshan 063009,China ) Abstract:Ferroelectric material has good iron electrical, piezoelectric , pyroelectric and nonlinear optical properties, such as a driver and sensing two function piezoelectric materials, can block material, membrane materials (film and thick film) and the compound Material of a variety of forms such as application, in microelectromechanical and intelligent materials and structures in the system with vast potential application market. Keywords: ferroelect ric materials Iron electrical development trend 0前言晶体按几何外形的有限对称图象, 可以分为32 种点群, 其中有10 种点群: 1, 2, m , mm 2, 4,4mm , 3, 3m , 6, 6mm , 它们都有自发极化。从对称性分析它们的晶体结构都具有所谓的极轴, 即利用对称操作不能实现与晶体的其它晶向重合的轴向, 极轴二端具有不同的物理性能。从物理性质上看, 它们不但具有自发极化, 而且其电偶极矩在外电场作用下可以改变方向。在介电强度允许条件下, 能够形成电滞回线。晶体这种性能称为铁电性, 具有铁电性的材料称为铁电材料。1920 年法国人V alasek 发现了罗息盐(酒石酸钾钠 ) 的特异介电性, 导致“铁电性”概念的出现(也有人认为概念出现更早)。现在各种铁电材料十分丰富,

弛豫性铁电压电单晶体

弛豫性铁电压电单晶体压电网万学华整理waxeh@https://www.360docs.net/doc/0a16705058.html, 近年来，在新型压电晶体的研究中，弛豫性铁电单晶铌镁酸铅-钛酸铅[（1-x） Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-x PbTiO3,简记为（PMNT）]和铌锌酸铅钛酸铅[（1-x）PB(Zn1/3Nb2/3)O3-x PbTiO3,简记为PZNT]以其优良的压电性能而令世人注目，1997年Park和Shrout报道，利用熔盐法成功制备了高质量的PZNT单晶，并报道了各种切型的PZNT单晶晶片介电，压电和铁电性能。如组分为0.92PZN-0.08PT的晶体，沿（001）方向的压电常数d33高达2500pC/N,为PZT材料的3～6倍；压电耦合系数K33为0.94，是现有压电材料中最高的。世界著名杂志Science评论说，这类材料将是新一代高效能超声换能器和高性能微位移器和微驱动器的理想材料，可以预期，在21世纪初叶，对弛豫性铁电单晶的理论和应用研究将会取得更大的进展。 1．弛豫铁电体含铅弛豫钙钛矿型铁电体是ABO3型钙钛矿型化合物的一个重要分支，其化学通式为 Pb(B1,B2)O3，其中B1为低电价，大半径阳离子，如Zn2+,Ni2+,Mg2+,Fe3+,Sc3+等，B2为高电价，小半径阳离子，如Ta5+,Nb5+,W6+等，通过B位不同离子的复合，可得到一系列具有重要应用的复合钙钛矿型结构固溶体。前苏联学者Smolensky等人于20世纪50年代末首次合成的复合钙钛矿结构铌镁酸铅[Pb(Mg1/3Nb2/3)O3(PZN),Pb(Sc1/2Nb1/2)O3(PSN),Pb(Ni1/3Nb2/3)O3(PMN)等系列的固溶体，均具有与PMN类似的介电特性，后来，人们将PMN类材料称为弛豫铁电体（relaxor ferroelectrics,简称RFE），而将BaTiO3等铁电体称为普通铁电体或正常铁电体。迄今为止，研究最多和应用较广的弛豫铁电体主要是各类铅系复合钙钛矿结构的Pb(B1B2)O3系列材料，最具有代表性的有 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3(PMN),铌锌酸铅Pb(Zn1/3Nb2/3)O3(PZN)和钽钪酸铅Pb(Sc1/2Ta1/2)O3(PST)等。与普通铁电体相比，弛豫铁电体有两个最基本的介电特性：1.弥散相变（diffuse phase transition, 简称DPT）：即从铁电到顺电的相变是一个渐变过程，没有一个确定的居里温度T c，通常将其介电常数最大值所对应的温度T m作为一个特征温度，在转变温度T m以上仍然存在较大的自发极化强度；2.频率色散：即在T m温度以下，随着频率增加，介电常数下降，损耗增加，介电峰和损耗峰向高温方向移动。普通铁电体与弛豫铁电体介电特性的主要区别在介电温度特性，介电频率特性，自发极化强度三个方面，见表1。由于弛豫性铁电体具有很高的介电常数，相对低的烧结温度和由“弥散相变”得出的较抵容温变化率，大的电致伸缩系数和几乎无滞后的特点，使其在多层陶瓷电容器急新型电致伸缩器

高分子膜的发展应用

高分子膜的发展应用【摘要】：薄膜材料的发展以及应用，薄膜材料的分类，如金刚石薄膜、铁电薄膜、氮化碳薄膜、半导体薄膜复合材料、超晶格薄膜材料、多层薄膜材料等。各类薄膜在生产与生活中的运用以及展望。【关键词】：薄膜；金刚石；铁电；氮化碳；半导体；超晶格 1 膜材料的发展在科学发展日新月异的今天，大量具有各种不同功能的薄膜得到了广泛的应用，薄膜作为一种重要的材料在材料领域占据着越来越重要的地位。自然届中大地、海洋与大气之间存在表面，一切有形的实体都为表面所包裹，这是宏观表面。生物体还存在许多肉眼看不见的微观表面，如细胞膜和生物膜。生物体生命现象的重要过程就是在这些表面上进行的。细胞膜是由两层两亲分子--脂双层膜构成，它好似栅栏，将一些分子拦在细胞内，小分子如氧气、二氧化碳等，可以毫不费力从膜中穿过。膜脂双层分子层中间还夹杂着蛋白质，有的像船，可以载分子，有的像泵，可以把分子泵到膜外。细胞膜具有选择性，不同的离子须走不同的通道才行，比如有K＋通道、Cl－通道等等。细胞膜的这些结构和功能带来了生命，带来了神奇。 2 膜材料的分类近年来,随着成膜技术的飞速发展,各种材料的薄膜化已经成为一种普遍趋势。薄膜材料种类繁多,应用广泛,目前常用的有：超导薄膜、导电薄膜、电阻薄膜、半导体薄膜、介质薄膜、绝缘薄膜、钝化与保护薄膜、压电薄膜、铁电薄膜、光电薄膜、磁电薄膜、磁光薄膜等。目前很受人们注目的主要有一下几种薄膜。2.1金刚石薄膜金刚石薄膜的禁带宽，电阻率和热导率大，载流子迁移率高，介电常数小，击穿电压高，是一种性能优异的电子薄膜功能材料，应用前景十分广阔[2]。近年来,随着科技的发展,人们发展了多种金刚石薄膜的制备方法,比如离子束沉积法、磁控溅射法、热致化学气相沉积法、等离子化学气相沉积法等.成功获得了生长速度快、具有较高质量的膜,从而使金刚石膜具备了商业应用的可能。金刚石薄膜属于立方晶系,面心立方晶胞,每个晶胞含有8个C原子,每个C原子采取sp3杂化与周围4个C原子形成共价键,牢固的共价键和空间网状结构是金刚石硬度很高的原因.金刚石薄膜有很多优异的性质：硬度高、耐磨性好、摩擦系数效、化学稳定性高、热导率高、热膨胀系数小,是优良的绝缘体。利用它的高导热率,可将它直接积在硅材料上成为既散热又绝缘的薄层,是高频微波器件、超大规模集成电路最理想的散热材料。利用它的电阻率大,可以制

铁电薄膜铁电性能的表征

铁电薄膜铁电性能的表征摘要:本文简述铁电体的特性及其原因，并在不同电压测量了铁电体的电滞回线，并比较了不同电压下各重要参数的变化规律，最后对实验的结果进行了讨论与分析。关键词: 电畴,电滞回线,极化,趋势线引言铁电体是这样一类晶体:在一定温度范围内存在自发极化,自发极化具有两个或多个可能的取向,其取向可能随电场而转向.铁电体并不含“铁”,只是它与铁磁体具有磁滞回线相类似，具有电滞回线，因而称为铁电体。在某一温度以上，它为顺电相，无铁电性，其介电常数服从居里-外斯（Curit-Weiss）定律。铁电相与顺电相之间的转变通常称为铁电相变，该温度称为居里温度或居里点Tc。铁电体即使在没有外界电场作用下，内部也会出现极化，这种极化称为自发极化。自发极化的出现是与这一类材料的晶体结构有关的。晶体的对称性可以划分为32种点群。在无中心对称的21种晶体类型种除432点群外其余20种都有压电效应，而这20种压电晶体中又有10种具热释电现象。热释电晶体是具有自发极化的晶体，但因表面电荷的抵偿作用，其极化电矩不能显示出来，只有当温度改变，电矩（即极化强度）发生变化，才能显示固有的极化，这可以通过测量一闭合回路中流动的电荷来观测。热释电就是指改变温度才能显示电极化的现象，铁电体又是热释电晶体中的一小类，其特点就是自发极化强度可因电场作用而反向，因而极化强度和电场E 之间形成电滞回线是铁电体的一个主要特性。自发极化可用矢量来描述，自发极化出现在晶体中造成一个特殊的方向。晶体红，每个晶胞中原子的构型使正负电荷重心沿这个特殊方向发生位移，使电荷正负中心不重合，形成电偶极矩。整个晶体在该方向上呈现极性，一端为正，一端为负。在其正负端分别有一层正和负的束缚电荷。束缚电荷产生的电场在晶体内部与极化反向（称为退极化场），使静电能升高，在受机械约束时，伴随着自发极化的应变还将使应变能增加，所以均匀极化的状态是不稳定的，晶体将分成若干小区域，每个小区域称为电畴或畴，畴的间界叫畴壁。畴的出现使晶体的静电能和应变能降低，但畴壁的存在引入了畴壁能。总自由能取极小值的条件决定了电畴的稳定性。一、实验目的： 1、了解铁电参数测试仪的工作原理和使用方法 2、了解什么是铁电体，什么是电滞回线及其测量原理和方法。 3、了解非挥发铁电随机读取存储器的工作原理及性能表征。二、实验原理： 1、铁电体的特点（1）电滞回线铁电体的极化随外电场的变化而变化，但电场较强时，极化与电场之间呈非线性关系。在电场作用下新畴成核长，畴壁移动，导致极化转向，在电场很弱时，极化线性地依赖于电场见图1 ,此时可逆的畴壁移动成为不可逆的，极化随电场的增加比线性段快。当电场达到相应于B点值时，晶体成为单畴，极化趋于饱和。电场进一步增强时，由于感应极化

实验29-铁电性能测量实验讲义全

铁电体电滞回线的测量铁电材料是一类具有自发极化，而且其自发极化矢量在外电场作用下可以翻转的电介质材料，它具有优异的铁电、压电、介电、热释电及电光性能，在非挥发性铁电存储器、压电驱动器、电容器、红外探测器和电光调制器等领域有重要的应用。铁电材料的主要特征是具有铁电性，即极化强度与外电场之间具有电滞回线的关系，如图1所示。电滞回线是铁电体的重要特征和重要判据之一，通过电滞回线的测量可以得到自发极化强度P s 、剩余极化强度P r 、矫顽场E c 等重要铁电参数，理解铁电畴极化翻转的动力学过程。【实验目的】 1. 了解铁电测试仪的工作原理和使用方法。 2. 掌握电滞回线的测量及分析方法。 3. 理解铁电材料物理特性及其产生机理。【实验仪器】本实验采用美国Radiant Technology 公司生产的RT Premier Ⅱ型标准铁电测试仪，该仪器可以测量铁电材料的电滞回线、漏电流、疲劳、印痕、PUND (Positive Up Negative Down)等性能，而且配备了变温系统和热释电软件还可以测量热释电性能。【实验原理】铁电体的自发极化强度并非整个晶体为同一方向，而是包括各个不同方向的自发极化区域，其中具有相同自发极化方向的小区域叫做铁电畴。电滞回线的产生是由于铁电晶体中存在铁电畴。铁电体未加电场时，由于自发极化取向的任意性和热运动的影响，宏观上不呈现极化现象。当加上外电场大于铁电体的矫顽场时，沿电场方向的电畴由于新畴核的形成和畴壁的运动，体积迅速扩大，而逆电场方向的电畴体积则减小或消失，图2 铁电测试等效电路图 O +E c -P r P E +P r -E c P S 图1 铁电体的电滞回线

铁电性质的测定

我的课题是做铁电材料，相关的电分析化学知识不太多，但是我们要用到铁电仪对材料的铁电性质做一个表征，也不知道算不算电分析的范畴，节选一些内容向田丹碧老师做一下汇报------写在前面的话铁电体是这样一类晶体:在一定温度范围内存在自发极化,自发极化具有两个或多个可能的取向,其取向可能随电场而转向.铁电体并不含“铁”,只是它与铁磁体具有磁滞回线相类似，具有电滞回线，因而称为铁电体。在某一温度以上，它为顺电相，无铁电性，其介电常数服从居里-外斯（Curit-Weiss）定律。铁电相与顺电相之间的转变通常称为铁电相变，该温度称为居里温度或居里点Tc。铁电体即使在没有外界电场作用下，内部也会出现极化，这种极化称为自发极化。自发极化的出现是与这一类材料的晶体结构有关的。晶体的对称性可以划分为32种点群。在无中心对称的21种晶体类型种除432点群外其余20种都有压电效应，而这20种压电晶体中又有10种具热释电现象。热释电晶体是具有自发极化的晶体，但因表面电荷的抵偿作用，其极化电矩不能显示出来，只有当温度改变，电矩（即极化强度）发生变化，才能显示固有的极化，这可以通过测量一闭合回路中流动的电荷来观测。热释电就是指改变温度才能显示电极化的现象，铁电体又是热释电晶体中的一小类，其特点就是自发极化强度可因电场作用而反向，因而极化强度和电场E 之间形成电滞回线是铁电体的一个主要特性。自发极化可用矢量来描述，自发极化出现在晶体中造成一个特殊的方向。晶体红，每个晶胞中原子的构型使正负电荷重心沿这个特殊方向发生位移，使电荷正负中心不重合，形成电偶极矩。整个晶体在该方向上呈现极性，一端为正，一端为负。在其正负端分别有一层正和负的束缚电荷。束缚电荷产生的电场在晶体内部与极化反向（称为退极化场），使静电能升高，在受机械约束时，伴随着自发极化的应变还将使应变能增加，所以均匀极化的状态是不稳定的，晶体将分成若干小区域，每个小区域称为电畴或畴，畴的间界叫畴壁。畴的出现使晶体的静电能和应变能降低，但畴壁的存在引入了畴壁能。总自由能取极小值的条件决定了电畴的稳定性。实验原理及其实验仪器 1、铁电体的特点（1）电滞回线铁电体的极化随外电场的变化而变化，但电场较强时，极化与电场之间呈非线性关系。在电场作用下新畴成核长，畴壁移动，导致极化转向，在电场很弱时，极化线性地依赖于电场见图(12.2-1) ,此时可逆的畴壁移动成为不可逆的，极化随电场的增加比线性段快。当电场达到相应于B点值时，晶体成为单畴，极化趋于饱和。电场进一步增强时，由于感应极化的增加，总极化仍然有所增大(BC)段。如果趋于饱和后电场减小，极化将循 CBD段曲线减小，以致当电场达到零时，晶体仍保留在宏观极化状态，线段OD表示的极化称为剩余极化Pr。将线段CB外推到与极化轴相交于E，则线段OE 为饱和自发极化Ps。如果电场反向，极化将随之降低并改变方向，直到电场等于某一值时，极化又将趋于饱和。这一过程如曲线DFG所示，OF所代表的电场是使极化等于零的电场，称为矫顽场 Ec。电场在正负饱和度之间循环一周时，极化与电场的关系如曲线CBDFGHC所示此曲线称为电滞回线。

铁电薄膜中180°荷电畴壁的亚埃尺度结构特性

第３７卷第５期２０１８年１０月电一子一显一微一学一报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎｅｓｅＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙＳｏｃｉｅｔｙＶｏｌ３７，Ｎｏ５２０１８?１０文章编号：１０００?６２８１（２０１８）０５?０４６８?０６一一铁电薄膜中１８０?荷电畴壁的亚埃尺度结构特性邹敏杰１，２，唐云龙１，冯燕朋１，３，朱银莲１，马秀良１? （１．中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家（联合）实验室，辽宁沈阳１１００１６；２．中国科学技术大学，安徽合肥２３００２６；３．中国科学院大学，北京１０００４９）摘一要一一本文利用透射电子显微术研究了铁电ＰｂＴｉＯ３薄膜中形成的锯齿状头对头１８０?荷电畴壁三衬度分析表明薄膜中存在高密度的１８０?畴三像差校正电镜研究发现１８０?畴壁处晶格转角呈现顺时针和逆时针交替排布，其极化呈头对头分布，且在１８０?畴壁处面外晶格受到压缩而面内晶格参数保持不变，进而导致了畴壁处四方度的减小，认为这种畴壁的形成是由表面或界面电荷分布不均匀导致反向ｃ畴在该处形核长大造成三关键词一一铁电薄膜；１８０?畴；像差校正电子显微学；ＰｂＴｉＯ３中图分类号：ＴＢ３８３；Ｏ７６；ＴＧ１１５２１＋５３一一文献标识码：Ａ一一ｄｏｉ：１０３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００?６２８１２０１８０５０１１收稿日期：２０１８－０６－１３；修订日期：２０１８－０７－０１基金项目：国家自然科学基金资助项目（Ｎｏｓ．５１６７１１９４，５１５７１１９７，５１５０１１９４）．作者简介：邹敏杰（１９９１－），男（汉族），安徽合肥人，在读研究生．Ｅ?ｍａｉｌ：ｍｊｚｏｕ１４ｓ＠ｉｍｒ．ａｃ．ｃｎ?通讯作者：马秀良（１９６４－），男（满族），辽宁丹东人，研究员．Ｅ?ｍａｉｌ：ｘｌｍａ＠ｉｍｒ．ａｃ．ｃｎ一一铁电薄膜材料由于其在室温下存在自发铁电极化，并可实现与外加电场二磁场和应力场之间的相互耦合［１－２］，以及理论预测中的全闭合畴二涡旋畴在铁电薄膜中相继被发现［３－５］，使其在下一代高密度非易失性存储器二制动器以及超薄铁电电容器具有巨大的应用前景三铁电薄膜中的畴二畴壁二界面结构及薄膜中的缺陷结构对铁电薄膜的性能有着巨大的影响［６－８］，因此对铁电薄膜中畴二畴壁以及界面的研究尤其是原子尺度的结构特性研究对该类材料的研发设计具有重要的指导意义三ＰｂＴｉＯ３（ＰＴＯ）作为一种典型的四方铁电体，其室温下的铁电极化沿着ｃ轴方向，基于ｃ轴在薄膜内部的分布，可将薄膜中的畴分为ａ１二ａ２和ｃ畴［９］；根据畴壁两侧铁电极化方向之间的夹角，可将ＰＴＯ中的畴分为９０?和１８０?畴三这两种畴的形成与衬底施加的应变密切相关，一般认为在无应变或较小应变条件下，薄膜中会形成１８０?畴，随着失配应变的增加，会形成９０?ａ／ｃ畴或ａ１／ａ２畴［９－１１］三其中对于９０?畴，由于铁电极化和应变场的强烈耦合作用，导致其在外电场作用下难于翻转，而对于１８０?畴，一般认为其具有相同的应变状态而在电场下易于翻转［１２］三进一步的研究表明，１８０?畴的形核和长大与四方ＰｂＺｒ０２Ｔｉ０８Ｏ３薄膜在外电场作用下的翻转行为密切相关［１３］，因此研究１８０?畴的结构特征及其形成长大机制有助于进一步理解铁电薄膜的翻转行为三早期Ｘ射线研究表明ＰＴＯ薄膜在降温过程中会形成周期性条状分布的１８０?畴，其周期随着薄膜厚度的减小而降低以屏蔽去极化场［１４］三后续相继有人分别利用普通透射电子显微镜（ＴＥＭ）衍衬分析［１５］和像差校正透射电子显微镜［１６］分析了这种条状分布的１８０?畴三在四方铁电体薄膜中，除了会形成这种条状分布的１８０?畴，贾等报道了在ＳｒＴｉＯ３（ＳＴＯ）夹持的ＰｂＺｒ０２Ｔｉ０８Ｏ３薄膜中形成了横向二纵向以及混合排布的１８０?畴，并利用负球差技术详细解析了这种畴壁结构特征［１７］三基于以上工作，本文选用对ＰＴＯ几乎无应变的ＳＴＯ衬底以避免９０?畴的产生，设计生长了单层厚度为１００ｎｍ的ＰＴＯ薄膜，利用普通ＴＥＭ衍衬分析和像差校正透射电子显微镜来研究薄膜中１８０?畴结构三１一实验方法实验上利用脉冲激光沉积技术在（１００）取向的单晶ＳｒＴｉＯ３（ＳＴＯ）衬底上外延生长厚度为１００ｎｍ的ＰＴＯ薄膜三所使用的ＰＴＯ靶材是Ｐｂ过量３％ｍｏｌ的多晶烧结陶瓷靶三薄膜生长参数为：沉积温度７００?，氧压１０Ｐａ，激光能量３７０ｍＪ，激光频率为４Ｈｚ三薄膜生长完毕退火条件为：先在７００?氧压为２６６ｋＰａ下保温５ｍｉｎ，后以５?／ｍｉｎ降温至２００?后自然冷却至室温三