摘要
磁电复合材料不仅同时具有单个铁电性和铁磁性能,并通过两相复合产生了磁电效应。通过对铁磁相和铁电相的调制,磁电复合材料可以满足如:传感器,数据存储器和磁电转换等许多新型多功能器件上的应用要求。磁电复合薄膜相对与块体复合材料而言,复合结构简单,界面耦合效率高,可以在纳米尺度上进行控制和调节,适应目前对器件要求小型化和低功耗的趋势,因此磁电复合薄膜引起了人们极大的兴趣。本文采用溶胶凝胶法结合旋涂匀胶工艺从制备单相NFO磁性薄膜和PZT铁电薄膜出发,研究了铁电相和铁磁相的比例不同,对Ni-铁氧体/PZT磁电复合薄膜的性能影响,最后用同样的成膜工艺制备了(Li,Ta,Sb)掺杂的KNN基无铅铁电薄膜,并研究了热处理温度对薄膜的显微形貌以及电性能的影响。 首先研究了不同溶剂对NFO粉体相结构,晶粒微观形貌以及磁性能的影响。确定了以乙醇为溶剂,柠檬酸为螯合剂制备NFO溶胶,干凝胶粉在600℃热处理后可以得到纯尖晶石结构。采用旋涂匀胶工艺分别制备了单相NFO磁性薄膜和PZT铁电薄膜,主要分析了不同热处理温度对NFO薄膜表面的微观形貌和磁性能的影响,结果表明NFO薄膜和PZT薄膜分别在700℃退火后生成纯相,NFO薄膜结晶性良好,最大饱和磁化强度为168emu/cm3。PZT薄膜与基片相界面清晰平整,并显示了良好的铁电性,最大的剩余极化Pr为18.15μC/cm2。确定了薄膜的最佳退火温度后,通过改变PZT体积含量研究其对2-2型PZT-NZFO磁电复合薄膜的磁性能,电性能和磁电性能的影响。经过700℃退火后的复合薄膜具有清晰的多层纳米结构,NZFO层与PZT层之间界面清晰,厚度均匀。体积含量为48％PZT的复合薄膜展现出较好的铁电、铁磁性能共存,其饱和极化强度Ps为17.36μC/cm2,饱和磁化强度Ms为185.27emu/cm3,最大磁电电压系数为278mV/cm·Oe。 考虑铅对环境的污染,本人依据PZT-NZFO磁电复合薄膜的制备经验,在Pt/Ti/SiO2/Si基片上沉积(K0.4425Na0.52Li0.0375)(Nb0.8825Sb0.08Ta0.0375)O3(KNLNST)无铅铁电薄膜。通过X射线衍射、热分析、扫描电镜和拉曼光谱确定薄膜的最佳预退火温度和退火温度分别为400℃和750℃,在750℃热处理的KNLNST薄膜展现出较好的铁电性能和介电性能,其剩余极化强度Pr和介电常数值分别为9.5μC/cm2和341。
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