微納尺度鐵電材料的熱力學理論和制備研究.pdf

1、微納尺度鐵電材料由于在高密度非易失性存儲、傳感器、光學器件和微電子機械系統(tǒng)(MEMS)等方面的巨大應用潛力和前景，近年來掀起了理論和實驗研究的熱潮。與體材料相比，微納米尺度鐵電材料受到了更多諸如尺寸效應、表面效應、邊界條件、溫度、外加電場以及外延應力的影響，這些因素在很大程度上改變了鐵電材料的關鍵性能，同時也提供了對鐵電材料關鍵性能進行調控的途徑，因而對微納尺度，尤其是納米尺度鐵電材料的研究顯得意義重大，也成為近年的一個研究熱點。

2、>　　 本文主要在理論上研究微納尺度下，尺寸效應和表面化學狀態(tài)對鐵電材料相關性能的影響，同時從實驗上進行鐵電納米管、鐵電薄膜的制備及表征和鐵電光電晶體的提拉法生長研究。以下是本論文研究的主要思路、研究方法和相關結論：
　　 (1)基于熱力學理論，根據Landau-Ginzburg-Devonshire(LGD)方程對鐵電納米線進行建模，考慮表面效應、尺寸效應和應力等因素對自由能的貢獻，建立含時的Ginzburg-Laudau(

3、TDGL)方程。運用變分原理和穩(wěn)定性分析方法求解，得到鐵電納米線的尺寸-相變溫度關系(S-T相圖)的解析式，進一步探討在外力加載下鐵電納米線的S-T相圖并對其可能的應用進行分析。
　　 (2)將相場理論應用于微納尺度鐵電薄膜的熱力學理論模型數值模擬中。在基于熱力學理論和LGD方程，考慮尺寸、表面效應、失配應變、退極化場等對自由能的貢獻后，對微納尺度鐵電薄膜進行建模，建立TDGL方程。對所建立的模型進行2維和3維的數值模擬，得到鐵

4、電薄膜的鐵電疇結構，以及在表面補償電荷積累過程中薄膜內部電疇的演化過程，揭示鐵電薄膜表面化學狀態(tài)對薄膜疇結構和極化反轉的影響規(guī)律。
　　 (3)基于溶膠-電泳和陽極氧化鋁模板輔助方法，制備PbTiO3(PTO)納米管，進行相應的形貌和結構分析，采用紫外光刻技術制備出金屬-鐵電納米管-金屬(M-FN-M)結構，實現對單根PTO納米管進行Ⅳ曲線和電滯回線電性能測量，并對測量結果進行相應的探討。
　　 (4)基于溶膠凝膠方法，