nbt纳米微结构的水热法制备及其压电铁电性能研究

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1、学校代码10530学号201510131357分类号TM22+3密级硕士学位论文NBT纳米微结构的水热法制备及其压电铁电性能研究学位申请人朱伟明指导教师朱哲副教授学院名称材料科学与工程学科专业材料工程研究方向微电子材料与器件工程二〇一八年五月HydrothermalPreparationandPiezoelectricFerroelectricPropertiesofNBTNanostructuresCandidateWeimingZhuSupervisorAssociateProfessorZheZhu

2、CollegeSchoolofMaterialsScienceandEngineeringProgramMaterialsEngineeringSpecializationMicroelectronicMaterialsandDevicesDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDate2018.5摘要摘要低维铁电纳米材料作为一类非常重要的功能材料，由于优异的性能在人们的日常生活中占据了非常重要的地位。随着低维纳米材料制备技术的多样化发展，

3、一维材料的研究已经成为了当前科研爱好者们的研究热潮。钛酸铋钠基无铅压电材料由于高的居里温度和强的铁电性能，被看作是含铅材料的主要替代之选。而水热合成法作为一种新兴的氧化物粉体的制备方法，因其操作便捷、产物纯度高等特性在低维纳米材料的制备上得到了极大的应用。因此，本文采用水热合成法，通过对工艺参数的优化，控制晶核的形成和生长过程，得到了不同形貌的Na0.5Bi0.5TiO3无铅弛豫压电纳米粉体。然后利用压电力显微镜(PFM)对不同形貌纳米晶的原始形貌和畴结构进行了观测。并选取具有良好铁电压电性能的钙钛矿结构

4、的Na0.5Bi0.5TiO3纳米线为研究对象，对其微区加载了不同大小的电场，系统地观测其在外加电场作用下的畴翻转特性。最后制备了NBT铁电栅极场效应晶体管，并采用半导体测试系统对NBT铁电栅极场效应晶体管进行输出特性和转移特性测试。主要内容如下：1采用水热合成法，通过对相关工艺参数的优化，合成不同形貌的Na0.5Bi0.5TiO3纳米粉体。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对Na0.5Bi0.5TiO3纳米粉体的微观结构进行了表征。研究发现：矿物剂浓度、反应温度

5、、反应时间对粉体的形貌有着显著的影响。Na0.5Bi0.5TiO3纳米线的生长条件尤为苛刻，受溶解再结晶机制的影响。2利用PFM对不同形貌Na0.5Bi0.5TiO3纳米粉体进行基本的原始畴态观测，然后测试三种形貌纳米粉体的相位-电压曲线和振幅-电压曲线。结果表明：Na0.5Bi0.5TiO3纳米线形貌良好，“蝴蝶曲线”更为对称，电滞回线发生了180°翻转。3选取三种形貌中铁电压电性能较好的Na0.5Bi0.5TiO3纳米线作为研究对象，观测其在不同外加电场作用下的畴翻转特性。结果表明：外加电场可以使得铁

6、电畴发生90°和180°翻转。4对传统的晶体管结构进行改进，以ZnO纳米线作为导电沟道，制备NBT铁电栅极场效应晶体管并进行输出特性和转移特性测试。与传统场效应晶体管相比，制作方便更为简便、高效。关键词：水热合成法；Na0.5Bi0.5TiO3纳米线；畴翻转；电场I湘潭大学硕士学位论文AbstractAsakindofveryimportantfunctionalmaterials,low-dimensionalferroelectricnanomaterialsplayaveryimportantrol

7、einpeople'sdailylifeduetotheirexcellentproperties.Withthedevelopmentofpreparationtechnologyoflowdimensionalnanomaterials,theresearchofone-dimensionalmaterialshasbecameahottopicforscientificresearchenthusiasts.Bariumtitanatebasedlead-freepiezoelectricmater

8、ialsareconsideredasthemainalternativestolead-containingmaterialsduetotheirhighCurietemperatureandstrongferroelectricproperties.Asanewpreparationmethodofoxidepowder,hydrothermalsynthesishasbeenwidelyusedinthepreparat