Bi-,4-Ti-,3-O-,12-基鐵電單晶的生長、結構和性能研究.pdf

1、自行設計單晶生長爐,用溫度振蕩自助熔法生長了厚0.2-0.6 mm的薄片狀Bi4-xNdxTi3O12(BNdT,x=0,0.5,0.85)鐵電單晶?；谡唤Y構模型,用RIETAN2000軟件對BNdT粉體XRD數(shù)據(jù)進行Rietveld結構精修,預言隨Nd含量增加,BNdT會發(fā)生正交→四方結構轉變。X射線光電子能譜(XPS)結果表明,氧空位對BNdT單晶中M-O鍵有較大影響,氧空位易處在偽鈣鈦礦層,Nd摻雜降低了BNdT單晶中的氧空位

2、濃度。用透射電子顯微鏡(TEM)在Bi4Ti3O12單晶中分別觀察到90°疇和180°疇,并用匯聚束電子衍射直接確定了疇區(qū)的自發(fā)極化方向；在BNdT (x=0.85)單晶中觀察到高密度反相疇界,反相疇提高疇可動性,有利于改善晶體的耐疲勞性。 分別沿a/b軸、c軸和<110>方向測量了BNdT單晶的電滯回線、漏電流特性,結果表明,單晶沿a/b軸的剩余極化值最大,比沿c軸的剩余極化值大得多,從而證實其極化矢量靠近a軸；由于Nd摻雜減

3、小了A位離子相對位移,從而降低了晶體中離子位移極化,因此單晶沿各個方向的剩余極化值隨Nd含量增加而減小。Nd含量增加降低了單晶中的氧空位濃度,導致晶體沿各個方向的漏電流降低。由于(Bi2O2)2+層阻礙了氧空位沿c軸遷移,單晶沿c軸表現(xiàn)出比其他兩個方向更好的絕緣性。 沿c軸測量了BNdT(x=0.5,0.85)單晶的介電頻譜和介電溫譜,發(fā)現(xiàn)隨Nd含量增加,單晶介電常數(shù)和介電損耗降低；BNdT(x=0.5,0.85)單晶的居里溫度

4、分別為542℃和411℃。通過阻抗分析,估算BNdT(x=0.5,0.85)單晶的電導激活能分別為0.91 eV和0.93 eV。 常溫拉曼光譜結果表明,Nd含量增加到一定值,BNdT單晶可能在常溫下發(fā)生鐵電-順電相轉變；位于(Bi2O2)2+層的Bi-O振動模式隨Nd摻雜量增加而減弱,表明Nd含量較低時,Nd3+離子僅取代偽鈣鈦礦層中的Bi3+離子,當Nd含量較高時,部分Nd3+離子開始替換(Bi2O2)2+層中的Bi3+離子