鈦酸鉍基鐵電材料光電特性及其應(yīng)用研究.pdf

1、鐵電材料因其同時(shí)具有有介電、壓電、熱釋電等多種特性，而被廣泛應(yīng)用，一直是研究熱點(diǎn)領(lǐng)域。近年來，在鐵電材料中發(fā)現(xiàn)一種特殊的光伏效應(yīng)，其開路電壓不受禁帶寬度的限制，可高出2~4個(gè)數(shù)量級(jí)大小。這引起了科學(xué)研究者的極大興趣。這種具有較強(qiáng)光電響應(yīng)的鐵電材料不僅在光伏發(fā)電中具有獨(dú)特的優(yōu)勢，還有望應(yīng)用于光催化、光探測等領(lǐng)域，以及在需要高電壓驅(qū)動(dòng)的光驅(qū)動(dòng)器、光激勵(lì)器、光-電能量轉(zhuǎn)換器等光電器件方面具有很好的應(yīng)用前景。
　　本論文擬選擇Bi4Ti3

2、O12鐵電材料作為研究對(duì)象，分別從粉體和薄膜兩個(gè)方面開展了Bi4Ti3O12這一鐵電材料的光電性能研究。本論文首先利用水熱法制備了Bi4Ti3O12粉體，并探索了水熱溫度對(duì)其制備的影響，最終在200℃保溫24h的條件下制備了結(jié)晶性好的表面納米片化的微米球狀Bi4Ti3O12粉體。并采用功率為100W，頻率為40KHZ的超聲波實(shí)現(xiàn)了對(duì)Bi4Ti3O12粉體在光照作用下催化性能的強(qiáng)化。這種強(qiáng)化作用是由于鈦酸鉍具有壓電性能，在超聲作用下產(chǎn)生極

3、化場，促進(jìn)了光生電子空穴對(duì)的分離和遷移降低了復(fù)合效率，從而提高了其光催化性能。另外，本論文選用溶膠旋涂的方法成功在FTO玻璃基片上制備出了Bi4Ti3O12鐵電薄膜，其晶粒大小再60nm左右，厚度為150nm；禁帶寬度為2.97eV，剩余極化強(qiáng)度Pr、飽和極化強(qiáng)度Ps和矯頑場Ec分別為12.04μC/cm，24.40μC/cm和104kV/cm。在未極化狀態(tài)下的開路電壓為0.02V，短路電流密度為0.18μA/cm2。通過施加不同大小和

4、方向的偏壓可對(duì)其光電響應(yīng)特性進(jìn)行調(diào)控并利用肖特基理論給出了合理的解釋。發(fā)現(xiàn)在負(fù)極化狀態(tài)下，其開路電壓提高到Voc為0.12V，短路電流Jsc提高到0.49μA/cm2，相較于未極化的狀態(tài)，其光電流密度增加了3倍左右。這主要是由于鐵電極化使其內(nèi)部能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生改變引起的。本論文還采用溶膠旋涂法成功制備了Bi4Ti3O12/TiO2復(fù)合薄膜，發(fā)現(xiàn)鈦酸鉍和二氧化鈦各旋涂4層的復(fù)合薄膜B4T4其光電響應(yīng)特性表現(xiàn)為最優(yōu)，其光電流密度達(dá)到4.4μA/