單晶鐵酸鉍納米線合成和面外鐵電極化反轉現(xiàn)象的研究.pdf

1、納米材料,如薄膜材料,納米線,納米管,納米纖維等等,存在與體相材料所迥異的表面效應、小尺寸效應、宏觀量子隧道效應和量子限域效應,因而納米材料具有異于普通材料的光、電、磁、熱、機械等性能。而多鐵材料是至少存在兩種鐵性的材料,BiFeO3是室溫下的多鐵材料,鐵電居里溫度為TC=850℃,尼爾溫度為TN=370℃。由于BiFeO3內部的磁電耦合效應,可以通過磁場來產生電極化或者誘導鐵電相變,在電場的作用下產生磁極化或者誘導鐵磁相變。BiFeO

2、3納米材料同時是納米材料和多鐵材料,那么在納米尺度上必存在一些特殊的性能。最近在BiFeO3薄膜上發(fā)現(xiàn)顯著的自發(fā)電極化增強、可換向二極管、光伏效應、壓電性和THz輻射極大的拓展了BiFeO3納米材料的功能性。Glinchuk理論計算預言的鐵性納米線、棒直徑減小將導致巨磁電耦合效應,在2012年,K.Prashanthi等證實了多晶鐵酸鉍納米線中存在磁電耦合效應,磁電耦合系數(shù)高于鐵電薄膜很多。Liu等用水熱的方法合成了單晶純相BiFeO3

3、納米線,而對于這種結構嚴格有序的單晶多鐵納米線結構研究發(fā)現(xiàn),PZT納米線中存在多疇結構,BaTiO3納米線中存在單疇結構。
　　基于上述考慮,本文利用水熱的方法,在不同溶劑中嘗試合成單晶純相并且分散性均勻的BiFeO3納米線;然后利用原子力的壓電力模式進行壓電測試,揭示單晶鐵酸鉍納米線中鐵電疇的結構,對納米線施加縱向電壓,探索納米線上鐵電極化反轉現(xiàn)象,找出其中的規(guī)律。具體工作主要有以下三個部分:
　　1、不同溶劑下制備單晶B

4、iFeO3納米線。
　　利用水熱的方法,選用Bi(NO3)3·5H2O和FeCl3·6H2O做溶質,在不同的溶劑條件下嘗試合成BiFeO3納米線。結果發(fā)現(xiàn),用乙二醇作溶劑合成的產物中沒有BiFeO3納米線,而用丙酮作溶劑合成了單晶純相的BiFeO3納米線,SEM和TEM顯示納米線的長度在5-10um,直徑在50-150nm之間。
　　2、BiFeO3納米線中鐵電疇結構。
　　利用原子力顯微鏡的壓電力模式對BiFeO3納

5、米線進行壓電測試,結果發(fā)現(xiàn),納米線上的鐵電疇是沿著軸向的條紋,不同的條紋代表不同的極化取向。對納米線和硅基底上的信號進行分析發(fā)現(xiàn),納米線上的壓電信號與所加交流偏壓成正比,為逆壓電效應;硅基底上的信號與電壓的平方成正比,為電介質的電致伸縮效應。
　　3、BiFeO3納米線的面外鐵電極化反轉現(xiàn)象。
　　對測試到鐵電疇結構的納米線施加縱向電壓,觀察BiFeO3納米線面外鐵電極化反轉現(xiàn)象。BiFeO3納米線的面外壓電圖像顯示,納米線