BaO-TiO-,2-系一維鐵電納米材料制備與表征.pdf

1、鐵電元器件的不斷小型化、集成化、功能化對低維鐵電材料的研究和應用提出了新的要求，制備新型一維鐵電納米材料并對其性能進行研究以揭示其鐵電性能與尺度、維度以及組成的相關性具有重要的理論價值和現實意義。
　　 本文以BaO-TiO2體系為研究對象，采用熔融鹽法、模板法制備BaTiO3、BaTi2O5等一維鐵電納米材料，對材料的制備、結構進行深入研究，并采用現代測試手段對所制備的單根一維鐵電納米材料進行了壓電、鐵電及漏電流性能的研究。論

2、文主要研究內容如下：
　　 （1）采用熔融鹽法制備高產率BaTi2O5單晶納米線。制備出的BaTi2O5單晶納米線矩形截面長80～200nm，寬70～150nm，納米線長度為幾微米到幾十微米。系統(tǒng)研究起始源材料、熔鹽種類、熔鹽比例、溫度、時間等對產物相組成和形態(tài)的影響規(guī)律，獲得了制備高產率單晶BaTi2O5納米線的最佳工藝條件。BaTi2O5納米線的生長受晶體的各向異性主導，在生長不受限制的熔融鹽條件下具有很強的各向異性生長趨勢

3、，生長成為一維納米結構。同時，反應初期，伴隨BaTi2O5相形成BaTiO3、Ba4Ti13O30相也存在，而且Ba4Ti13O30是一維形態(tài)。隨著反應時間的延長，各物相間經過復雜的化學反應最終形成純相的單晶BaTi2O5納米線。
　　 （2）對目前尚存爭議的熔融鹽法制備BaTiO3納米線的工藝進行研究，如表面活性劑、熔融鹽種類、溫度、保溫時間等對產物相組成和形態(tài)的影響。研究表明，熔融鹽法直接制備BaTiO3一維納米材料有一定難

4、度，此方法所得產物中存在的少量一維相可以被標定為：BaTi2O5，BaTi5O15，Ba4Ti13O30，Ba6Ti17O40-x等物相，沒有觀察到一維BaTiO3存在。這說明，具有高對稱性晶體結構的立方相BaTiO3不易在熔融鹽環(huán)境中呈現各向異性生長，而BaTi2O5，BaTi5O11，Ba4Ti13O30，Ba6Ti17O40-x等具有高非對稱性結構的物相在熔融鹽環(huán)境中易于沿著某一特定的方向取向生長?；诖?，通過調整原料Ba/Ti比

5、、控制工藝參數，制得了Ba4Ti13O30、BaTi5O11等一維納米材料。該熔融鹽法為制備BaO-TiO2體系一維納米材料提供了一條新途徑。
　　 （3）采用模板法制備一維BaTiO3納米材料。提出通過熔融鹽模板法制備單晶BaTiO3納米線的新思路：以單晶BaTi2O5納米線為模板，通過化學共沉淀法在其表面包覆一層草酸鋇，再置于熔融鹽中煅燒，成功制備出單晶BaTiO3納米線。與直接于空氣中煅燒前驅體得到的BaTiO3納米線比較

6、，熔融鹽環(huán)境更有益于制得結晶完好的單晶BaTiO3納米線。此外，以鈦酸鉀纖維為模板，采用水熱法低溫條件下經過離子交換成功制備了BaTiO3纖維。以水合鈦纖維為模板，通過化學共沉淀法在其表面包覆一層草酸鋇，再經過空氣中煅燒也成功制備了BaTiO3納米線。該類方法制備BaTiO3納米線符合自犧牲模板引導的原位反應機理，其中化學共沉淀法對一維模板的包覆是關鍵因素。這種自犧牲模板引導的原位反應制備一維納米材料的方法是制備復雜氧化物一維納米材料的

7、有效途徑。
　　 （4）單根BaTiO3、BaTi2O5鐵電納米線性能的研究是一個全新的課題。采用SPM、鐵電工作站和納米操控平臺等手段研究了單根BaTiO3，BaTi2O5納米線的性能。原位壓電性能測試表明，BaTi2O5納米線具有較好的壓電性能，實驗測得其d*33值約為300pm/V，而BaTiO3納米線的d*33值較低約為15pm/V。沿納米線直徑方向鐵電性能測試表明，在相同電壓下，BaTi2O5納米線的Pr約為BaTiO