單晶鐵酸鉍納米線合成和面外鐵電極化反轉(zhuǎn)現(xiàn)象的研究.pdf

1、納米材料,如薄膜材料,納米線,納米管,納米纖維等等,存在與體相材料所迥異的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)和量子限域效應(yīng),因而納米材料具有異于普通材料的光、電、磁、熱、機(jī)械等性能。而多鐵材料是至少存在兩種鐵性的材料,BiFeO3是室溫下的多鐵材料,鐵電居里溫度為TC=850℃,尼爾溫度為TN=370℃。由于BiFeO3內(nèi)部的磁電耦合效應(yīng),可以通過磁場(chǎng)來產(chǎn)生電極化或者誘導(dǎo)鐵電相變,在電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生磁極化或者誘導(dǎo)鐵磁相變。BiFeO

2、3納米材料同時(shí)是納米材料和多鐵材料,那么在納米尺度上必存在一些特殊的性能。最近在BiFeO3薄膜上發(fā)現(xiàn)顯著的自發(fā)電極化增強(qiáng)、可換向二極管、光伏效應(yīng)、壓電性和THz輻射極大的拓展了BiFeO3納米材料的功能性。Glinchuk理論計(jì)算預(yù)言的鐵性納米線、棒直徑減小將導(dǎo)致巨磁電耦合效應(yīng),在2012年,K.Prashanthi等證實(shí)了多晶鐵酸鉍納米線中存在磁電耦合效應(yīng),磁電耦合系數(shù)高于鐵電薄膜很多。Liu等用水熱的方法合成了單晶純相BiFeO3

3、納米線,而對(duì)于這種結(jié)構(gòu)嚴(yán)格有序的單晶多鐵納米線結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn),PZT納米線中存在多疇結(jié)構(gòu),BaTiO3納米線中存在單疇結(jié)構(gòu)。
　　基于上述考慮,本文利用水熱的方法,在不同溶劑中嘗試合成單晶純相并且分散性均勻的BiFeO3納米線;然后利用原子力的壓電力模式進(jìn)行壓電測(cè)試,揭示單晶鐵酸鉍納米線中鐵電疇的結(jié)構(gòu),對(duì)納米線施加縱向電壓,探索納米線上鐵電極化反轉(zhuǎn)現(xiàn)象,找出其中的規(guī)律。具體工作主要有以下三個(gè)部分:
　　1、不同溶劑下制備單晶B

4、iFeO3納米線。
　　利用水熱的方法,選用Bi(NO3)3·5H2O和FeCl3·6H2O做溶質(zhì),在不同的溶劑條件下嘗試合成BiFeO3納米線。結(jié)果發(fā)現(xiàn),用乙二醇作溶劑合成的產(chǎn)物中沒有BiFeO3納米線,而用丙酮作溶劑合成了單晶純相的BiFeO3納米線,SEM和TEM顯示納米線的長(zhǎng)度在5-10um,直徑在50-150nm之間。
　　2、BiFeO3納米線中鐵電疇結(jié)構(gòu)。
　　利用原子力顯微鏡的壓電力模式對(duì)BiFeO3納

5、米線進(jìn)行壓電測(cè)試,結(jié)果發(fā)現(xiàn),納米線上的鐵電疇是沿著軸向的條紋,不同的條紋代表不同的極化取向。對(duì)納米線和硅基底上的信號(hào)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),納米線上的壓電信號(hào)與所加交流偏壓成正比,為逆壓電效應(yīng);硅基底上的信號(hào)與電壓的平方成正比,為電介質(zhì)的電致伸縮效應(yīng)。
　　3、BiFeO3納米線的面外鐵電極化反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。
　　對(duì)測(cè)試到鐵電疇結(jié)構(gòu)的納米線施加縱向電壓,觀察BiFeO3納米線面外鐵電極化反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。BiFeO3納米線的面外壓電圖像顯示,納米線