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织构化BaTiO3薄膜的合成及表征

作　者: 高倩
导　师: 陈晓虎
学　校: 华侨大学
专　业: 无机化学
关键词: BaTiO3薄膜 织构 机械激活法 掺杂
分类号: TQ132.35
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


随着现代光电子和微电子技术的快速发展，作为一种特殊形态材料的钛酸钡薄膜，已经逐渐应用到微电子、光学、计算机存储、信息处理等方面，并迅速发展成为各行各业中至关重要的一部分。科技的进步使得某些非常规作业对薄膜的制备方法和工艺都有了严格的约束与要求，比如膜的厚度要精确到纳米级或微米级，膜的结构要求按特定的方向生长或外延生长，对膜的表面形貌的光滑度也有极高的要求等。本论文主要以机械激活法制备具有织构特征的BaTiO3薄膜为主要内容，借助XRD和SEM分析方法，系统的研究了不同的工艺条件（如原料、机械激活方式、球磨介质、球料质量比、热处理温度）对BaTiO3薄膜的结构和表面形貌的影响，得到制备前驱粉体阶段的最佳条件：选择八水氢氧化钡和锐钛矿型二氧化钛为主要原料，硼酸添加量为3%（wt），采用高能球磨法进行机械激活，球磨介质为不锈钢球、不锈钢罐，球料质量比为30:1，1350℃（3小时）。在以上结论基础上制备了Sr、Ce、Zr和La四种元素掺杂的BaTiO3薄膜。对掺杂的BaTiO3薄膜进行表征，通过XRD表征分析得出结论：四种元素微量掺杂的BaTiO3薄膜的主晶相都是四方相BaTiO3成分，且随着掺杂量的增加呈现主峰增强的趋势；同时检测到了Sr和Zr的化合物峰，并随掺杂量的增加，峰变强；四种离子掺杂的BaTiO3薄膜的X射线衍射峰强弱顺序为BaTiO3（Ce）＞BaTiO3（Zr）＞BaTiO3（La）＞BaTiO3（Sr）。通过SEM表征分析得出结论：Sr的掺杂使得薄膜的晶粒趋于均匀，粒径有所减小；Zr掺杂的钛酸钡薄膜随着Zr掺杂量的增加，织构特征越来越明晰；La掺杂的钛酸钡薄膜在1250℃烧结后有大量短棒状晶，晶粒比较均匀，升高温度有晶粒异常长大现象；而Ce-BaTiO3前驱体在1300℃烧结后为大量的片状结构，温度升高到1350℃后结构比较紧密，基本为棒状晶成分，致密度非常高；3%mol的Ce掺杂的烧结体的结构最致密，织构特征最明显。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章 绪论  9-27
  1.1 薄膜材料简介  9-13
    1.1.1 薄膜的定义  9
    1.1.2 薄膜材料的特殊性  9-11
    1.1.3 介质薄膜材料的分类  11-13
  1.2 BaTiO_3的晶体结构、性能及研究发展  13-16
    1.2.1 BaTiO_3的晶体结构  13-14
    1.2.2 BaTiO_3的性能  14-15
    1.2.3 BaTiO_3材料及其薄膜的研究现状  15-16
  1.3 BaTiO_3薄膜的制备方法  16-21
    1.3.1 物理方法  16-20
    1.3.2 化学方法  20-21
  1.4 机械激活法(mechanical activation)  21-24
    1.4.1 机械激活法的基本原理  21-22
    1.4.2 机械激活法的反应机理  22-23
    1.4.3 固体在机械激活作用下发生的效应  23-24
  1.5 BaTiO_3薄膜的表征方法  24-25
    1.5.1 X射线衍射分析  24
    1.5.2 扫描电镜分析  24
    1.5.3 红外光谱分析  24-25
    1.5.4 DTA/TG分析  25
  1.6 本论文的主要研究内容  25-27
第2章 实验方案设计与相关研究方法  27-31
  2.1 选题依据  27-28
  2.2 实验方案设计  28-31
    2.2.1 实验内容  28-30
    2.2.2 样品测试  30-31
第3章 BaTiO_3薄膜的制备与表征  31-45
  3.1 钛酸钡薄膜的合成  31-32
    3.1.1 超细粉体的制备  31
    3.1.2 基片处理和粉体涂覆  31
    3.1.3 热处理  31-32
  3.2 性能表征  32-33
    3.2.1 物相分析  32-33
    3.2.2 微观结构分析  33
  3.3 钛酸钡薄膜的最佳工艺条件研究  33-42
    3.3.1 球磨介质的影响  34-35
    3.3.2 原料的影响  35-36
    3.3.3 硼酸添加量的影响  36-38
    3.3.4 球料比的影响  38-39
    3.3.5 机械激活方式的比较  39-40
    3.3.6 热处理温度的比较  40-42
  3.4 钛酸钡异向生长的解释  42-43
  3.5 本章小结  43-45
第4章 等价离子掺杂BaTiO_3薄膜的制备与表征  45-53
  4.1 添加Sr离子的钛酸钡薄膜的结构和性能研究  45-48
    4.1.1 添加Sr离子的BaTiO_3薄膜的实验步骤  45-46
    4.1.2 添加Sr离子的BaTiO_3薄膜的物相分析  46
    4.1.3 添加Sr离子的BaTiO_3薄膜的显微结构分析  46-48
  4.2 添加Zr离子的钛酸钡薄膜的结构和性能研究  48-51
    4.2.1 添加Zr离子的BaTiO_3薄膜的实验步骤  48
    4.2.2 添加Zr离子的BaTiO_3薄膜的物相分析  48-49
    4.2.3 添加Zr离子的BaTiO_3薄膜的显微结构分析  49-51
  4.3 本章小结  51-53
第5章 稀土元素掺杂BaTiO_3薄膜的制备与表征  53-59
  5.1. 添加La离子的钛酸钡薄膜的结构和性能研究  53-56
    5.1.1 添加La离子的BaTiO_3薄膜的实验步骤  53
    5.1.2 添加La离子的BaTiO_3薄膜的物相分析  53-55
    5.1.3 添加La离子的BaTiO_3薄膜的显微结构分析  55-56
  5.2 添加Ce离子的钛酸钡薄膜的结构和性能研究  56-57
    5.2.1 添加Ce离子的BaTiO_3薄膜的实验步骤  56
    5.2.2 添加Ce离子的BaTiO_3薄膜的物相分析  56-57
    5.2.3 添加Ce离子的BaTiO_3薄膜的显微结构分析  57
  5.3 本章小结  57-59
第6章 不同离子掺杂BaTiO_3薄膜的制备与表征  59-61
  6.1 不同离子掺杂的BaTiO_3薄膜的XRD分析  59
  6.2 不同离子掺杂的BaTiO_3薄膜的显微结构分析  59-60
  6.3 本章小结  60-61
结论  61-63
参考文献  63-73
致谢  73-75
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  75

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 金属元素的无机化合物化学工业 > 第Ⅱ族金属元素的无机化合物 > 碱土金属（ⅡＡ族）元素的无机化合物 > 钡的无机化合物
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