前鈣鈦礦、鈣鈦礦氧化物納米結構可控制備、微結構和性能的研究

前鈣鈦礦、鈣鈦礦氧化物納米結構可控制備、微結構和性能的研究

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1、Author’Ssignature:一●·bupervlsor7Ssignature:ExternalReviewers:£!Q£旦鯉星塾g迫里!Q£里曼衛(wèi)g£塹ExaminingCommitteeChairperson:ExaminingCommitteeMembers:££Q£)№i亟QngXi壘ng里!塑£HQ墮g圣h曼跫ggh星墜£羔Q£魚煦r鯉gH塹Dateoforaldefense:2013.03.11浙江大學研究生學位論文獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學位論文是本人在導師指導下進行的研究

2、工作及取得的研究成果。除了文中特別加以標注和致謝的地方外,論文中不包含其他人已經發(fā)表或撰寫過的研究成果,也不包含為獲得逝鎏盤堂或其他教育機構的學位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。學位論文作者簽名:厶p及易簽字吼加防≥月膨日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解逝姿盤堂有權保留并向國家有關部門或機構送交本論文的復印件和磁盤,允許論文被查閱和借閱。本人授權逝姿態(tài)堂可以將學位論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索和傳播,可以采

3、用影印、縮印或掃描等復制手段保存、匯編學位論文。(保密的學位論文在解密后適用本授權書)學位論文作者簽名:簽字目期:卯l多年厶怦砂翩繇劂≥月l駟簽字隰護/薌年歲月夕日摘要低維鈣鈦礦結構氧化物,尤其是一維鈣鈦礦氧化物,因其在鐵電非揮發(fā)性存儲器(FeRAM)、壓電納米發(fā)電機和壓電納米傳感器等方面的潛在應用而備受關注。開展一維鈣鈦礦納米材料的可控制備、微結構與性能的研究對于發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、拓展新應用具有重要的理論意義和實際價值。本文首先簡要綜述了鈣鈦礦結構氧化物的結構特點與研究現(xiàn)狀,并重點總結和評述了一維鈣鈦

4、礦鐵電氧化物納米結構的制備及性能研究。在這一方面,實驗研究明顯滯后于相關的理論研究,其主要原因在于一維鈣鈦礦鐵電氧化物單晶納米結構的可控制備仍是一個挑戰(zhàn)。針對這一問題,本文首次通過高分子輔助水熱方法合成出尺寸可控前鈣鈦礦相PbTi03(PT)單晶納米纖維,并通過固態(tài)相變獲得尺寸可控的鈣鈦礦相PT單晶納米纖維;通過高分子輔助水熱/溶劑熱法合成出Fe摻雜鈣鈦礦相PT類單晶自組裝超結構。通過多種分析測試方法對前鈣鈦礦、鈣鈦礦相PT單晶納米纖維的鐵電性及其尺寸效應、Fe摻雜PT自組裝超結構的鐵磁性等進行了

5、深入的研究;對前鈣鈦礦相PT單晶納米纖維的生長模型、固態(tài)相變模型展開了討論。主要研究內容如下:(1)利用高分子輔助水熱法,通過調節(jié)水熱過程中反應物前軀體濃度Pb/Ti的摩爾比值(提高Pb的加入量)成功實現(xiàn)了前鈣鈦礦相PT單晶納米纖維的尺寸可控制備。納米纖維的直徑從平均約90nnl到15nlTl,且伴隨著尺寸的減小,纖維長徑比從120減小到40。水熱系統(tǒng)中較高的Pb濃度提高了晶體成核量,而前鈣鈦礦相的大量成核則降低了晶核生長的驅動力,從而限制了晶體的生長,引起尺寸的減小。(2)紫外可見吸收譜(UV)

6、和熒光光譜(PL)研究表明前鈣鈦礦相PT納米纖維光學帶隙約為3.10eV,而PL發(fā)光位置為綠光波段(~550nm)和近紅外波段(~900nm),且隨尺寸無明顯變化。其可能的機制是光激發(fā)后的電子和空穴分別形成Ti4+和pbz+相關的自俘獲激子(STE)態(tài)復合發(fā)光,而兩個波段發(fā)光都沒有明顯的尺寸效應說明一維柱狀的晶體結構起到重要作用。動態(tài)接觸式靜電力顯微鏡(DC.EFM)研究表明前鈣鈦礦相PT單晶納米纖維的鐵電性隨尺寸的減小而降低。(3)通過前鈣鈦礦相PT納米纖維空氣中退火處理成功制備了不同尺寸的鈣鈦

7、礦相PT單晶納米纖維,其直徑范圍為85ni/1至15am,長徑比約為105至37。XRD、差熱分析(DTA)、二次諧波(SHG)及壓電力顯微鏡(PFM)等研究表明鈣鈦礦相PT單晶納米纖維的鐵電性隨直徑的減小而降低,且平均直徑為15nn'l的纖維中仍然存在鐵電性,這一結論在直徑為13nln的單根纖維中得到了證實。浙江大學博士學位論文(4)研究揭示了前鈣鈦礦結構水熱合成實驗條件,如礦化劑種類、礦化劑濃度、水熱溫度、水熱時間、添加劑等,對產物物相及形貌的影響規(guī)律。利用SEM、HRTEM等手段研究了前鈣鈦

8、礦相PT單晶納米纖維的生長過程并提出了可能的取向聚集生長機制:前鈣鈦礦相PT晶核在PVA中羥基(.OH)的吸附作用下生長為直徑約4nnl.6nlTl,長度約50nlTl.200nlll的生長基元,這些基元再通過空間取向聚集的方式生長成為前鈣鈦礦相PT單晶納米纖維,取向聚集模型的驅動力可能是晶體的表面能及靜電力。(5)利用DTA、XRD、原位TEM等分析方法對前鈣鈦礦.鈣鈦礦結構的相變過程展開了深入研究,并提出表面及界面誘導的虛擬熔化.結晶.晶核取向聚集生長的相變模型。前鈣鈦礦相晶體

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