梯度铁电薄膜的热力学性质研究

论文题目: 梯度铁电薄膜的热力学性质研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 凝聚态物理

作者: 曹海霞

导师: 李振亚

关键词: 梯度铁电薄膜,极化偏移,热电系数,介电调谐率

文献来源: 苏州大学

发表年度: 2005

论文摘要: 近年来,功能梯度铁电薄膜由于具有与块状材料、传统的均匀的薄膜材料显著不同的行为和特征而备受学术界和工程界的关注。功能梯度铁电薄膜包括组分梯度铁电薄膜,温度梯度铁电薄膜和应力驱动的极化梯度铁电薄膜。实验研究表明梯度铁电薄膜的电滞回线沿极化轴方向产生平移,极化偏移的大小和方向与极化梯度的大小、温度、应力以及外加电场的大小有关。同时,功能梯度铁电薄膜具有增强的介电特性、介电调谐率和巨热电系数。因此,这类材料在远红外探测、致动器、传感器、能量储存,以及可调滤波器、可调振荡器和移相器等可调微波元件方面有许多潜在的应用前景。对功能梯度铁电薄膜的热力学性质的研究,不仅在理论上具有重要的学术价值,而且在工业和国防科技上有着广阔的应用前景,是材料物理、凝聚态物理和微电子研究领域中的前沿课题。本文重点研究了梯度铁电薄膜的热力学性质,主要集中在: 1. 组分梯度铁电薄膜的极化偏移和热释电效应实验中可用多种手段（如磁控溅射、溶胶-凝胶、金属-有机物化学气相沉积、脉冲激光沉积技术等）制备出多种组分材料的组分梯度铁电薄膜,而相关的理论研究工作明显滞后。本文中,我们首先在横场伊辛模型中,加入了四自旋相互作用,并用双峰几率分布函数来描述组分的变化,研究组分梯度BST 薄膜的极化、相变等特性。我们的理论模型很好地解释了实验结果。计算结果表明极化梯度的大小和方向既与组分梯度的大小有关,也与温度有关。对于上梯度的ST→BST 薄膜,可获得一个临界的Sr2+组分浓度,在这个临界浓度附近发生了从二级相变到一级相变的渡越。这个现象在下梯度的BT→BST 薄膜中不存在。我们还引入泊松方程来计算组分梯度薄膜的电荷偏移量,探索了温度和组分梯度对电荷的偏移量大小的影响。其次,我们应用第一性原理方法研究阶梯状组分梯度PZT 薄膜的热电特性和极化偏移。发现调节梯度膜的组分梯度的大小和薄膜厚度可获得大的有效热电系数,这在理论上对热电器件的设计有一定的参考价值。此外,我们还探索了组分梯度膜的极化偏移的起源问题,认

论文目录:

摘要

Abstract

第一章绪论

1 功能梯度材料的研究概况

2 铁电薄膜材料的研究现状

3 梯度铁电薄膜材料的研究进展

参考文献

第二章组分梯度铁电薄膜的极化偏移和热释电效应

1 组分梯度Ba_(1-x)SrxTiO_3 薄膜的极化偏移、相变特性

2 组分梯度Pb(Zr,Ti)O_3 结构的热释电效应和极化偏移

3 本章小结

参考文献

第三章组分梯度铁电薄膜的应力效应和介电特性

1 外延Ba_(0.6)Sr_(0.4)TiO_3 薄膜的压电特性

2 应力和长程相互作用对超薄铁电薄膜的影响

3 应力分布对组分梯度Ba_(1-x)SrxTiO_3 薄膜的介电特性的影响

4 本章小结

参考文献

第四章温度梯度铁电薄膜的热力学性质

1 引言

2 理论模型

3 数值结果和讨论

4 本章小结

参考文献

第五章总结

攻读博士期间科研成果

致谢

详细摘要

发布时间: 2006-03-24

参考文献

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