電泳沉積鐵電-鐵磁復(fù)合多鐵性膜材料的研究.pdf

1、多鐵性材料由于同時(shí)具有電有序和磁有序還存在磁/電耦合的特性在存儲(chǔ)領(lǐng)域有極廣泛的應(yīng)用前景，可以用于實(shí)現(xiàn)多態(tài)存儲(chǔ)和非揮發(fā)性磁電存儲(chǔ)器件，目前已經(jīng)成為信息功能材料領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究課題之一。研究多鐵性復(fù)合材料是制備具有強(qiáng)磁電效應(yīng)的室溫多鐵性材料的一個(gè)有效途徑，還能通過不同相界面之間的耦合揭秘更多的物理問題。本論文采用電泳沉積方法制備2-2型層狀鐵電/鐵磁多鐵性復(fù)合膜，對(duì)復(fù)合材料的磁/電耦合及界面特性進(jìn)行了分析。由于該方法為首次采用以制備多鐵性層狀

2、結(jié)構(gòu)，因此深入研究了懸浮液（尤其是磁性懸浮液）的配置及沉積機(jī)制等電泳過程中的關(guān)鍵問題。本論文的主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)果如下：
　　研究了符合電泳沉積多鐵性復(fù)合膜要求的納米粉體。分別采用溶膠凝膠法合成鐵電BaTiO3、Pb(Zr0.52Ti0.48)O3，采用共沉積法合成鐵磁CoFe2O4納米粉體。BaTiO3干凝膠在700℃煅燒存在焦綠石相，900℃煅燒顆粒間有粘連，在800℃煅燒合成的粉體平均顆粒尺寸為~40 nm，粒度分布窄，由粉體

3、所制陶瓷的飽和極化強(qiáng)度Ps為19.0μC/cm2；高濃度的Pb、Zr及Ti源混合溶液在加熱環(huán)境下逐滴加入水是形成穩(wěn)定凝膠的條件，干凝膠在700℃下煅燒所形成的粉體平均顆粒尺寸為~30 nm，粒度分布窄，由粉體所制陶瓷的Ps為41.2μC/cm2；CoFe2O4的前驅(qū)體在較低溫度下即產(chǎn)生晶化過程，因此可以通過控制煅燒溫度改變粉體的大小，在500、600、800及900℃煅燒形成平均顆粒大小依次為16、20、40和60 nm的粉體。

4、　　研究BaTiO3、Pb(Zr0.52Ti0.48)O3及CoFe2O4懸浮液的配置。成功配置了BaTiO3-乙醇-乙酰丙酮（1:1體積比）、Pb(Zr0.52Ti0.48)O3-乙酰丙酮-乙酸（1:1體積比）以及CoFe2O4-乙酰丙酮（0.20 wt.％PEI）穩(wěn)定的懸浮體。同時(shí)，建立了基于DLVO理論引入磁性偶極子相互作用能的磁性懸浮液穩(wěn)定性理論模型，通過不同顆粒大小的CoFe2O4懸浮液的穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其正確性。
　　在

5、BaTiO3、Pb(Zr0.52Ti0.48)O3懸浮液的基礎(chǔ)上研究單層膜的沉積制備。BaTiO3單層膜和Pb(Zr0.52Ti0.48)O3單層膜分別在1200和1150℃下熱處理晶粒的生長(zhǎng)使膜層具有致密的結(jié)構(gòu)，Ps分別為18.8和32.2μC/cm2.本實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與顆粒累積理論的沉積機(jī)制最相符，即沉積層結(jié)構(gòu)受懸浮體穩(wěn)定性直接影響，穩(wěn)定體系形成的沉積層具有有序、致密的結(jié)構(gòu)。而動(dòng)力學(xué)參數(shù)如沉積時(shí)間、沉積電壓及懸浮液濃度等只改變沉積

6、的重量（厚度），其過程遵從Hamaker方程。
　　在CoFe2O4-乙酰丙酮（0.20 wt.％PEI）懸浮液的基礎(chǔ)上研究非水基電泳沉積CoFe2O4膜。膜層在1250℃下熱處理具有最規(guī)則的晶粒及最致密的結(jié)構(gòu)，其飽和磁化強(qiáng)度Ms為249.2 emu/cm3.通過分散劑在水中更能發(fā)揮優(yōu)勢(shì)以彌補(bǔ)水作為溶劑的不足，還研究了水基電泳沉積CoFe2O4膜.0.60 wt.％的PAMA-NH4添加量及pH=10可配置穩(wěn)定的懸浮液。1250℃

7、熱處理的膜層中SEM顯示晶粒具有有序的排列，推測(cè)其存在定向生長(zhǎng)，XRD顯示沿(220)和(511)有擇優(yōu)取向，磁滯回線表明存在非常規(guī)的磁各向異性，驗(yàn)證膜層中存在一定的定向生長(zhǎng)。
　　研究制備BaTiO3/CoFe2O4雙層復(fù)合多鐵性膜，Al2O3/Pt上制備膜層（1200℃熱處理）由于致密度更高，比ITO上沉積的膜層（600℃熱處理）具有更高的鐵電、鐵磁性及耦合作用。Al2O3/Pt上制備膜層在平行與垂直800 Oe偏置磁場(chǎng)下均觀

8、察到電滯回線的變化(10 kHz)，Ps在平行方向從16.2增長(zhǎng)到16.85μC/cm2，ΔPs為4％，在垂直方向從16.2減小到14.9μC/cm2，ΔPs為–8％，鐵電相的壓應(yīng)變導(dǎo)致不同方向偏置磁場(chǎng)下飽和極化增減的變化。膜層界面處沒有形成擴(kuò)散層或passive層，存在一定的空間電荷但復(fù)合膜依然是本征彈性耦合占主導(dǎo)。Pb(Zr0.52Ti0.48)O3/CoFe2O4雙層復(fù)合多鐵性膜（1150℃熱處理）在外加800 Oe偏置磁場(chǎng)下電滯