鈦酸鉍基鐵電材料光電特性及其應用研究.pdf

1、鐵電材料因其同時具有有介電、壓電、熱釋電等多種特性，而被廣泛應用，一直是研究熱點領域。近年來，在鐵電材料中發(fā)現一種特殊的光伏效應，其開路電壓不受禁帶寬度的限制，可高出2~4個數量級大小。這引起了科學研究者的極大興趣。這種具有較強光電響應的鐵電材料不僅在光伏發(fā)電中具有獨特的優(yōu)勢，還有望應用于光催化、光探測等領域，以及在需要高電壓驅動的光驅動器、光激勵器、光-電能量轉換器等光電器件方面具有很好的應用前景。
　　本論文擬選擇Bi4Ti3

2、O12鐵電材料作為研究對象，分別從粉體和薄膜兩個方面開展了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其制備的影響，最終在200℃保溫24h的條件下制備了結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的超聲波實現了對Bi4Ti3O12粉體在光照作用下催化性能的強化。這種強化作用是由于鈦酸鉍具有壓電性能，在超聲作用下產生極

3、化場，促進了光生電子空穴對的分離和遷移降低了復合效率，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，剩余極化強度Pr、飽和極化強度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、方向的偏壓可對其光電響應特性進行調控并利用肖特基理論給出了合理的解釋。發(fā)現在負極化狀態(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部能帶結構發(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復合薄膜，發(fā)現鈦酸鉍和二氧化鈦各旋涂4層的復合薄膜B4T4其光電響應特性表現為最優(yōu)，其光電流密度達到4.4μA/