基本信息
- 項目名稱：
- 人工復合鐵電多層膜的創(chuàng)新研究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 人工復合薄膜可以改進材料的性能甚至獲得單一材料不具有的新性能。由于聚合物的組分繁多，結構多樣化，復合功能材料更具有花樣繁多的特點，預期從中可以發(fā)掘出更多的鐵電材料，從而開拓鐵電體物理學的研究領域，并開發(fā)新的應用前景。研究人工復合薄膜的目的之一就是要提高薄膜材料的功能。從已經(jīng)獲得的研究成果來看，多層膜結構已經(jīng)有效地提高了材料的多種性質。
- 詳細介紹：
- 傳統(tǒng)的多層鐵電薄膜，不同材料之間是垂直于極化方向進行復合的，由于鐵電薄膜的厚度一般只在數(shù)十納米到幾微米之間，相鄰異質界面間的分子擴散運動，尤其是在高溫環(huán)境下(熱釋電材料的工作溫區(qū)為鐵電材料的相變點附近)離子擴散運動加劇，將會破壞多層膜的功能。針對這一情況，我們設計了一種新的模型，將多種不同的鐵電材料平行于極化方向進行復合，由于薄膜的長度要遠遠大于薄膜的厚度，這樣某種程度上便可以克服傳統(tǒng)多層膜的異質結構界面存在的問題，極大地增強鐵電復合薄膜器件的工作穩(wěn)定性。同時在新的模型中通過改變多種復合材料的相變溫度、極化大小及復合方式，可以預見將產(chǎn)生很多新的特性。這種設計的復合薄膜也許能夠成為通常使用的多層膜的一種選擇。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的：人工復合薄膜可以改進材料的性能甚至獲得單一材料不具有的新性能,開發(fā)人工復合薄膜的更多的優(yōu)良特性，解決多層膜的異質結構界面問題，提高人工鐵電復合薄膜器件的工作穩(wěn)定性。 基本思路： 提出新型的復合鐵電薄膜理論模型，在GLD唯象理論的框架下，研究復合鐵電薄膜的新特性，探討提高鐵電薄膜器件的工作穩(wěn)定性及熱釋電性能的理論途徑，通過詳盡的數(shù)值計算和討論為依據(jù)，為實際應用研究提供理論依據(jù)。
科學性、先進性及獨特之處
- 科學性：傳統(tǒng)的多層鐵電薄膜，不同材料之間垂直于極化方向進行復合，但鐵電薄膜的厚度一般在數(shù)十納米到幾微米之間，相鄰異質界面間的分子擴散運動，尤其是在高溫環(huán)境下分子擴散運動加劇，會破壞多層膜的功能。先進性：由于薄膜的長度要遠大于薄膜的厚度，這樣某種程度上可以克服傳統(tǒng)多層膜的異質結構界面存在的問題，極大地增強鐵電復合薄膜器件的工作穩(wěn)定性。獨特性：設計新模型中，將多種不同的鐵電材料平行于極化方向進行復合。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 我們設計了一種新的模型，將多種不同的鐵電材料平行于極化方向進行復合，由于薄膜的長度要遠遠大于薄膜的厚度，這樣某種程度上便可以克服傳統(tǒng)多層膜的異質結構界面存在的問題，極大地增強鐵電復合薄膜器件的工作穩(wěn)定性。同時在新的模型中通過改變多種復合材料的相變溫度、極化大小及復合方式，可以預見將產(chǎn)生很多新的特性。這種設計的復合薄膜也許能夠成為通常使用的多層膜的一種選擇。
學術論文摘要
- 建立鐵電復合薄膜的理論模型，三種具有不同相變溫度的鐵電材料平行于于極化方向進行復合。在 Ginzburg-Landau-Devonshire (GLD)唯象理論的框架下，引入局域分布函數(shù)描述不同材料間過渡層的性質，通過改變?nèi)N不同鐵電材料的相變溫度、相對厚度以及復合方式，計算了鐵電多層膜內(nèi)部的極化強度分布、相變溫度及熱釋電系數(shù)。研究表明具有不同相變溫度的鐵電材料間的復合方式對鐵電薄膜的極化和熱釋電性質有著重要的影響，出現(xiàn)了很多傳統(tǒng)復合薄膜沒有的新特性，其中三種不同材料復合而成的鐵電薄膜隨著溫度的變化出現(xiàn)了兩個熱釋電峰，這一特性在提高熱釋電器件的工作穩(wěn)定性方面具有重要的現(xiàn)實意義。
獲獎情況
- 1.《人工復合鐵電薄膜的極化性質研究》，吉林師范大學學報（自然科學版），2010年第4期。 2.《人工復合鐵電薄膜的相變性質研究》，沈陽化工大學學報，2011年第3期。 3.《人工復合鐵電多層膜熱釋電性質的理論研究》，河北大學學報，待發(fā)表。 4.《不同復合方式下的人工復合鐵電薄膜的極化特性研究》，文章撰寫完畢，待提交。
鑒定結果
- 無
參考文獻
- 參考文獻：[1]張旭，趙慶勛，李曉紅等. Ni-Al 底電極對偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物鐵電薄膜性能的影響.河北大學學報(自然科學版), 2010,10(1): 19-22. [2]王悅輝, 莊志強. 鐵電薄膜材料的研究進展. 現(xiàn)代技術陶瓷, 2002, 4: 19–22 [3]Wu Jiagang, Zhu Jiliang, Xiao Dingquan, et al. Double Hysteresis Loop in (Pb0.90La0.10)Ti0.975O3/Pb(Zr0.20Ti0.80)O3. Appl.Phys.Lett., 2007, 91: 212905-1–212905-3. [4]Wang Jie, Zhang Tongyi. Influence of Depolarization Field on Polarization States in Epitaxial Ferroelectric Thin Films with Nonequally Biaxial Misfit Strains. Phys. Rev.B., 2008, 77: 014404-1–014104-7. [5]Akai D, Yokawa M, yashi K H, et al. Ferroelectric properties of sol-gel delivered epitaxial Pb(Zrx,Ti1?x)O3 thin films on Si using epitaxial γ-Al2O3 Layers. Appl.Phys. Lett., 2005, 86: 202906–202908. [6]Chen Hui, Lü Tianquan, Chen Chuanwen, et al. Theoretical studies on the pyroelectric properties of two component composite ferroelectric thin film. Phys. Lett. A, 2006, 360: 357–361.
同類課題研究水平概述
- 實驗方面： 關于鐵電多層復合薄膜的實驗研究非常豐富。采用溶膠-凝膠法、脈沖激光沉積法、金屬有機物分解法等實驗上已經(jīng)成功地制備出很多高質量鐵電多層膜。到目前為止，已經(jīng)能夠制備出的多層梯度鐵電薄膜主要有：BaxSr1-xTiO3 , Pb1-xCaxTiO3, (Pb,La)TiO3, Pb(Zr,Ti)O3, Pb1-3y/2(Zr0.4Ti0.6)O3, PbNb1-xTiO3, (Ba0.8Sr0.2)(Ti1-xZrx)O3。研究表明這些多層鐵電膜具有強的介電常數(shù)-電場依賴性，快的極化響應速度，高擊穿場強，高的可調(diào)性，高熱釋電系數(shù)等一系列獨特的優(yōu)良性能，可廣泛應用于微電子學、光電子學和微機械學等領域。 理論方面： 目前，關于鐵電薄膜的理論研究主要采用兩種方法：一是微觀的橫場伊辛模型，另一個是唯象的朗道-金茲堡格理論。采用橫場伊辛模型已經(jīng)廣泛地應用于鐵電多層膜、鐵電超晶格、鐵電雙層結構的物理特性研究中。運用朗道-金茲堡格理論研究鐵電多層膜時，通過引入分布函數(shù)描述異質結構界面的過渡層、在自由能表達式中將不同材料的參數(shù)值進行平均等方法也獲得了豐富的理論研究結果。 但目前實驗和理論方面的研究仍主要集中于垂直于極化方向復合而成的鐵電多層膜中，關于平行極化方向復合而成的鐵電多層膜的研究還很少見。在此前研究中我們曾提出了平行于極化方向復合的鐵電雙層膜的理論模型，并取得了一定的研究成果。在此基礎上，我們將這一理論模型進行新的改進，研究相變溫度、極化大小及方向順次改變的多層復合鐵電膜，預期將產(chǎn)生更多更新的理論結果，為后期的實驗研究提供理論參考依據(jù)。
