一、铁电相变的软模理论（论文文献综述）
刘俊明[1]（2021）在《游走于边缘——铁电金属》文中提出铁电畴壁君问江山美若何,良金铁电各蹉跎。曾经几世无相见,此共登场唱牧歌。I.引子我们学习物理,除了基本概念和知识外,也于有意无形之间被灌输一些逻辑和模式。后者通常深入人心,成为我们赞叹科学之美和科学之严谨的信心。以笔者浅薄的感受,这种逻辑的基本要素就是离散的二元或多元论。举例而言,物质世界的导电性,我们被灌输以"导体"和"绝缘体"二元之分。
郑冬宛[2]（2021）在《宽温区内锆酸铅基反铁电薄膜储能及电卡性能研究》文中认为锆酸铅（PbZrO3）是在1951年被确定为反铁电体（AFE）的第一种化合物。在足够高的外电场作用下,AFE中会产生铁电态,这种转变通常伴随着较大体积应变和极化的变化。随着电力电子系统向小型化、集成化方向发展,铅基AFE材料在储能电容器、微致动器、热释电安全传感器、冷却装置、脉冲功率发生器等方面的潜在应用越来越受到人们的关注,介质电容器也因其优异的储能密度和低损耗性能在电子束、定向能武器等电力系统中得到了广泛的研究,有关AFE材料的储能性能和电热效应（ECE）的报道也越来越多。其中反铁电薄膜由于具有显着的电热效应（ECE）,被视为固态制冷技术的潜在候选材料。（1）本文研究了采用溶胶-凝胶法分别在LaNiO3（LNO）/Pt和LNO电极上制备了Pb0.97La0.02ZrO3（PLZ）薄膜。PLZ/LNO/Pt/TiO2/SiO2/Si具有高的自发极化(Ps～91.3μC cm-2)和低的剩余极化(Pr～7.3μC cm-2),其储能密度值高达25.4 J cm-3,这可以解释为薄膜与复合电极之间具有良好的欧姆接触。此外,薄膜的可回收储能密度值在-60～20℃范围内表现出良好的温度稳定性(25.9～25.3 J cm-3)。在复合电极上沉积的PLZ反铁电薄膜,在213 K-493 K的宽温区范围内可观察到巨负电热效应（ΔT～-13.2 K）,这是由于LNO/Pt复合电极比LNO电极具有更好的导电性,以及在居里温度附近铁电体（FE）向顺电体（PE）会产生相变。在反铁电薄膜中除了能获得显着的负ECE外,还能获得正ECE。相变的产生和复合电极的引入都有助于ECE性能的优化,正负ECE相结合为高效固态制冷装置的研究开辟了广阔前景。这些结果表明,引入LNO/Pt复合电极可用于优化PLZ薄膜的性能,是开发宽温度范围储能及制冷电容器的有效途径。（2）本文采用溶胶-凝胶法配置了PLZ-x%Mn（x=0,0.5,1,1.5）四种胶体,并将其旋涂在LNO基底上,研究Mn的不同掺杂量对其微观结构、电学性能、储能性能及电卡性能的影响。结果表明,适量Mn离子的掺杂会优化其储能及电卡性能,在x=1时薄膜的剩余极化达到最大,此时Ps为102μC cm-2,相较于x=0的Ps(～60μC cm-2)高了86.6%,在x=1时具有的最大有效储能密度值(～19.57 J cm-3)也高于其余三个样品的有效储能密度值(16.83、12.9、14.03 J cm-3),此时的储能效率（51.7%）也高于其余三个样品（51.1%、51.2%、47.9%）。PLZ-x%Mn（x=0,0.5,1,1.5）薄膜的最小绝热温度分别为-13.7 K、-15 K、-30 K、-18.7 K,其中x=1时的绝热温度最低,可见适量Mn掺杂可以优化PLZ反铁电薄膜的电学性能、储能性能及电卡性能。
朱治忠[3]（2021）在《(111)取向PbTiO3外延薄膜铁电相变的唯象理论研究》文中研究表明PbTiO3（PTO）作为典型的钙钛矿铁电材料,近些年PTO铁电薄膜也已经有很多研究成果。这些研究大多数基于改变薄膜受到的失配应变或者给薄膜施加外电场来调控薄膜相变和性质。而最近的研究表明完全钳制的各向同性（111）取向PTO外延铁电薄膜出现了（001）取向薄膜中不存在的单斜相结构,并且在实验上证明了单斜相的高压电响应,这将可以促进高性能压电材料在电子设备上的应用。本文将利用朗道-金兹堡-德文希尔唯象热力学理论,研究不考虑以及考虑退极化场时室温压应力下（111）取向PTO外延铁电薄膜的相变和电学性质。主要研究结果如下:1、获得了不考虑退极化场时室温压应力下（111）取向单畴PbTiO3外延薄膜的稳定相结构和电学性能。室温压应力下菱方-单斜-顺电相变过程,表明压应力能够诱导极化转动,促进自发极化朝（111）面内转动,减小自发极化,抑制薄膜铁电性。自由能曲线证明了在（111）SrTiO3衬底上外延生长的（111）PbTiO3薄膜中两种单斜相可以稳定存在,且在某些情况下可能共存。理论计算得到了压应力与极化分量、面内应力、面外应变以及剪切应变之间的关系曲线,表明压应力下无法同时获得大的自发极化、体积收缩和剪切应变。另外,理论计算还得到了（111）PbTiO3薄膜在压应力下稳态和亚稳态单斜相高压电和介电特性。2、研究了室温压应力下（111）取向PbTiO3外延超薄膜的相变和电学性质。与只考虑压应力时相似的是退极化场下同样能诱导菱方-单斜相变过程,但退极化场降低了相变对应的压应力数值,且存在两种单斜相单独稳定的区域。考虑退极化场时会出现面外极化大于零的稳定相不存在的情况,也会出现只有面内极化的稳定相。考虑退极化场时面内应力、面外应变以及剪切应变变化曲线,表明退极化场下仍然无法同时获得大的自发极化、体积收缩和剪切应变。退极化场诱导的单斜相,通过理论计算能够得到很高的介电常数和压电系数,很好地符合了之前研究中单斜相高压电响应的结果。
叶嘉明[4]（2021）在《NaNbO3基反铁电陶瓷的设计、制备与极化储能性能研究》文中提出近年来,脉冲功率技术的发展以及各种新能源技术如风力发电、混合动力汽车汽车的逐步推广,催生出了大量需要高储能密度、高工作温度、高工作电压、宽温度稳定性以及高可靠性的电容器应用需求。而目前广泛应用的铁电型Ba Ti O3基介质在高场下的储能密度低,偏场介电常数小以及温度稳定性较差,其相应的二类电容器逐渐难满足这方面的需求。相比之下,反铁电和弛豫型电介质则有较大可能避免这些缺陷。尤其是反铁电电介质,其具备独特的双电滞回线特性,不仅具有较大的潜在储能密度和功率密度,同时还具备了在一定偏场下达到介电常数极大值的特性。目前,铅基反铁电型多层陶瓷电容器已成功在脉冲功率设备以及高功率半导体系统上得到应用。然而,含铅材料在原料开采、生产和后处理过程中对环境具有危害性,随着人们环保意识的增强以及环保法规的日益严苛,含铅材料的应用限制不断增强。因此很有必要对无铅的反铁电材料体系进行探索和开发。其中铌酸钠（NaNbO3）是早为人知的少数几种钙钛矿反铁电体之一,其具备了大的极化强度（～40μC/cm2）和高的尼尔温度（>360°C）。然而由于NaNbO3的电场诱导铁电相的具有介稳特性,其P-E曲线通常呈现铁电电滞回线特征,潜在的反铁电性能和相应的储能性能较少有人研究。本课题紧密围绕铌酸钠基材料,通过组分固溶和掺杂改性来提高NaNbO3基材料的反铁电性能并加深对其反铁电特性的理解,同时探索开发新型的NaNbO3基弛豫储能体系。主要研究内容如下:（1）运用容忍因子以及平均离子极化率的调控策略,设计了（1-x）NaNbO3-x Ca Sn O3（NNCS100x）陶瓷体系,利用XRD、TEM以及拉曼光谱等测试手段证明了随着CS含量的增加,NNCS体系的反铁电性得到增强。电学测试表明,室温下在x=0.04组分中实现NN体系中同期最高的Pmax/Pr值（6.6）和高的反向相变电场（45 k V/cm）。（2）利用CuO和BiMnO3组分分别对以上所设计的NNCS反铁电组分以及纯NN进行改性。结果表明,CuO的掺入降低了陶瓷烧结温度并促进了致密化,同时提高了陶瓷电阻率,从而提高了NNCS陶瓷循环疲劳性能并降低了电场加载后的漏导和剩余极化,在大晶粒样品中实现目前NN陶瓷体系中最高的反向相变电场（～60 k V/cm）;BiMnO3的引入同时实现了NN陶瓷的施主掺杂和受主掺杂,在150°C条件下,改性后的陶瓷可以在较低电场下（60 k V/cm）极化完全,同时,NN陶瓷亚稳铁电相的矫顽场显着降低,等静压力下的电滞回线测试表明,陶瓷的剩余极化随着压力上升至200 MPa逐步下降至零,表明其在爆电换能应用中极具潜力。（3）在反铁电组分NNCS04的基础上进行La掺杂,以改善陶瓷的反铁电性能并研究其潜在的储能性能。发现La掺杂可以有效降低电滞和剩余极化,实现了2.1 J/cm3的储能密度和62%储能效率;针对稀土掺杂无法提高反向相变电场的现象,通过建立并分析一维原子链模型,提出这可能是由于NaNbO3体系中掺杂元素与被掺杂元素的较大质量差异所导致的。（4）利用NaNbO3体系高极化强度,高尼尔温度的特点,从实现NN弛豫储能的目的出发,设计了（1-x）Na NO3-x Bi(Mg2/3Nb1/3)O3（NN-x BMN）二元弛豫体系,并系统研究了其储能特性和充放电特性。结果表明,300 k V/cm下在x=0.15组分中同时获得了高的储能密度（2.4 J/cm3）和储能效率（90%）,脉冲充放电测试表明所设计组分具备接近线性电介质的高放电能力。在此基础上,探究了NN三元体系（1-3x）NN-x BMN-2x Ca Ti O3（NNBMNCT100x）以及0.85NN-0.05Bi Al O3-0.10Ca Ti O3/Sr Ti O3（NNBACT/ST）的储能潜力,研究表明NNBACT组分具有高的耐击穿强度,在390 k V/cm电场下可实现3.5 J/cm3的储能密度和85%的储能效率。此外,利用NN作为固溶组分,以实现陶瓷晶粒尺寸的细小均匀从而提升耐击穿强度为目的,设计并成功制备了高熵陶瓷组分（Na,Ba,K,Bi,Ca）0.2Nb0.2Ti0.8-xZrxO3（SZr100x）,发现陶瓷同时具备了高的极化强度和较高的耐击穿强度,x=0.06组分在320 k V/cm的电场下实现了4.6 J/cm3的储能密度和86%的储能效率。
黄先雄[5]（2021）在《PbHfO3反铁电薄膜储能与电卡性能研究》文中研究指明具有高储能密度和大电卡效应的功能材料在电力电子系统中具有非常重要的地位,因此吸引了众多研究者对其开展研究,并逐渐成为研究的热点。在各类电介质材料中,反铁电材料因其独特的电偶极子排列,使其具有电场诱导的反铁电-铁电相变,这导致它的储能特性相比铁电材料更优越。另外,人们在对极性电介质材料的电卡效应研究中发现,除了正电卡效应外,还存在另一种电卡效应,即负电卡效应。研究表明这两种效应可分别存在于不同材料中或同时存在于同一种材料中。若能将正电卡效应和负电卡效应联合起来利用,则可极大地提高电卡器件的制冷能力。研究也发现,很多反铁电材料中会存在负电卡效应。目前,大家对反铁电材料的研究主要集中在PbZrO3系列、AgNbO3系列和NaNbO3系列。虽然有研究者很早就指出钙钛矿PbHfO3也属于反铁电材料,但是,人们对它的关注并不多,关于它的反铁电性能的研究主要集中在理论上,而实验中的对反铁电性能的直接测试鲜少报道。此外,薄膜形态的反铁电材料可以适应电子产品小型化、微型化的要求,具有广阔的应用前景。有鉴于此,本研究将以PbHfO3薄膜为研究对象,并系统研究它的反铁电行为、储能特性、电卡效应以及反铁电性能调控,以期对PbHfO3薄膜的研究提供借鉴意义。该研究的具体内容如下:1)由于PbHfO3反铁电薄膜很少被报道,因此我们首先研究了它的制备工艺,主要是通过溶胶凝胶法制备该薄膜,探讨了溶胶凝胶的配制过程、衬底类型、退火温度、薄膜厚度、缓冲层以及退火工艺对其反铁电性能的影响。研究表明以醋酸铅和乙酰丙酮铪为溶质,以冰醋酸和乙二醇甲醚为溶剂,以乙酰丙酮为稳定剂,在适当加热的条件下即可配置稳定的前驱体溶液;前驱体溶液浓度控制在0.2～0.4 mol/L;衬底可为Pt/TiO2/SiO2/Si和ITO/glass,其中以ITO/glass衬底为最佳;退火温度可为650～700℃,其中以700℃退火10 min为最佳;薄膜厚度宜控制在300～450 nm;缓冲层并不能改善薄膜的反铁电性能;多层退火工艺对于提高薄膜的反铁电性能有限。2)研究了退火工艺对PbHfO3反铁电薄膜储能特性的影响,主要包括退火温度对PbHfO3反铁电薄的反铁电特性、储能密度、储能效率、热稳定性与疲劳特性的影响。XRD分析表明退火温度在PbHfO3薄膜的结晶性和相组成中起着关键性的作用。由于细晶粒和非晶相的共存,650℃退火的PbHfO3薄膜不仅具有最佳的储能密度和储能效率,它的热稳定性和抗疲劳特性也非常优越。相比于750℃退火的PbHfO3薄膜,650℃退火的样品的储能密度和储能效率分别提高了 50%和100%。我们的研究也表明,PbHfO3反铁电薄膜有望用于功率电子系统中。3)我们系统报道了 PbHfO3反铁电薄膜的电卡效应。该体系不仅在室温显示大的负电卡效应（最高-7.7 K）,而且在高温显示大的正电卡效应（8.4 K）。此外,它的室温电卡强度（|△T/△E|～0.023 K cm kV-1）也是非常可以接受的。根据改进的Ginzburg-Landau-Devonshire自由能理论,正电卡效应是由温度与电场协同促进反铁电-铁电相变导致的,而正电卡效应则来源于系统逐渐接近顺电态引起极化值降低。因此通过适当的外加电场就可以在室温获得负电卡效应。若将正电卡效应与负电卡效应的联合利用,将大大提高电卡制冷能力,这可为电卡制冷开启新高度。4)为了提高室温电卡效应,我们制备了不同（Pb1-xBax）HfO3薄膜。研究表明掺杂Ba2+对PbHfO3基薄膜的相组成、铁电与反铁电性能以及电卡效应会产生很大的影响。当Ba2+逐渐增加时,（Pb1.xBax）HfO3薄膜将由反铁电体转变为铁电体,其居里温度也逐渐靠近室温。在所有样品中,（Pb0.2Ba0.8）HfO3薄膜在70℃具有最大电卡温变（～41.1 K）,而（Pb0.3Ba0.7）HfO3薄膜具在室温具有最大的电卡温变（～30 K）。这些大电卡效应或许与铁电相转变为顺电相有关。掺Ba2+对PbHfO3薄膜具有如此高的电卡效应,可成为未来电卡制冷器件的候选材料。5)通过巧妙设计,我们选取不同半径的Ca2+、Sr2+和Ba2+部分替代PbHfO3中的Pb2+离子,这些掺杂可在系统中引入不同的化学应力。其中小半径离子掺杂引入压应力,大半径离子掺杂引入张应力,而且掺杂量越多,引入的应力也越大。研究表明,这些张应力和压应力会对PbHfO3基薄膜中的反铁电-铁电相变产生明显的影响。其中张应力使相变临界电场EA和EF降低,而拉应力会使EA和EF升高。这表明,化学应力是调整反铁电性能的有效手段,也会对反铁电材料的应用带来深刻影响。
孙静[6]（2021）在《纳米氧化物的反常铁电性与局域结构》文中提出铁电材料丰富的电学性能使其在非易失性存储、电容及传感器等领域拥有广阔的应用前景。近些年来,纳米铁电作为电子器件集成化和微型化的技术基础,成为理论和实验研究的热门领域。然而,随着铁电体物理尺寸的减小,铁电性通常会发生衰减,甚至达到临界尺寸时,铁电性消失。因而在纳米铁电体中保持良好的铁电性能是一个巨大的挑战。同时,铁电有序的建立本质上依赖于材料的晶体结构,因而对于晶体结构的理解是研究铁电理论和解释物理性能的重要依据。由于纳米铁电材料特殊的存在形式,尺寸、界面效应及应力等显着影响其性能。所以,研究纳米材料的局域结构与铁电性能之间的耦合关系具有重要意义。本论文较为系统地研究了几种典型的纳米铁电氧化物材料的局域结构和铁电性能;通过控制尺寸、表面状态等方式对铁电自发极化进行调控;同时揭示了纳米铁电氧化物的原子排布、局域结构和铁电性能的耦合关联,探索其中的物理机制。具体内容如下:首先通过调控样品尺寸及表面暴露状态,实现了对零维钛酸铅纳米材料的铁电性能调控。通过同步辐射X射线衍射实验,发现随着尺寸减小,晶体的四方性反常增大。结合同步辐射X射线全散射技术、拉曼光谱等,揭示其局域结构以及自发极化的增强。进一步通过X射线吸收谱等,揭示了钛酸铅纳米颗粒表面的原子端面暴露状态。第一性原理计算从电子结构层面证明了这种特殊的表面状态与增强的极化之间的关系。采用反向蒙特卡洛方法（RMC）对零维钛酸铅纳米颗粒的铁电自发极化分布进行了三维解析。中子全散射实验和电子显微分析发现尽管纳米钛酸铅中主体上极化沿c轴具有线性特征,但表面和内部极化分布呈现较大差异性,进一步的分析发现这种差异性与极化的一致性相互关联。最后以原子坐标参数作为衔接局域结构与长程平均结构的桥梁阐明了整个纳米颗粒中两者的关系。通过调节尺寸、设计相结构的方法,在二氧化锆纳米材料上诱导出铁电性。X射线衍射实验表明二氧化锆纳米材料的平均晶体结构为立方相。结合X射线、中子全散射实验,揭示了材料的正交相局域结构畸变。进一步通过反向蒙特卡洛拟合结果的键角、配位数等分析,发现具有极性的正交相局域结构的主导性分布,这正是纳米二氧化锆诱导铁电性的结构起源。本论文提供了一种基于局域结构认识并调控非传统纳米铁电氧化物的有效途径,通过界面、应力与材料局域结构、相结构的精确表征,获得铁电相关物性优化的构效关系基础,对于新型功能材料的研发设计具有启示性。
孙朝中[7]（2021）在《钨青铜结构化合物的摩擦催化性能研究》文中研究表明在染料降解方面,寻找一种新的环境修复方法对工业化社会具有重要意义。近年来,摩擦电效应在环境修复方面表现出了巨大的潜力。因此,通过收集摩擦能,本文设计了一种以摩擦-电-化学效应为基础的摩擦催化染料降解技术。通过固相反应法制备了系列钨青铜结构铁电亚微米粉体,采用X射线衍射分析（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）、紫外-可见光分光光度计（Uv-vis）、电子自旋共振波谱（ESR）等手段对所制备的催化剂进行了物相结构、形貌以及催化性能表征,并探究了其催化机理。得到如下结论:（1）Ba4Nd2Fe2Nb8O30（BNFN）亚微米催化剂具有高效的摩擦催化活性,搅拌摩擦2 h后罗丹明B染料降解效率达到97%,且表现出良好的可循环性。在摩擦催化过程中测出的羟基自由基（·OH）以及超氧自由基（·O2—）,证明摩擦电能量可以激发BNFN产生电子-空穴对。（2）Ba2.5Sr2.5Nb8Ta2O30（BSNT）亚微米粉催化剂在磁力搅拌下可以快速降解溶液中的染料。摩擦材料改为玻璃磁棒-聚丙烯烧杯时,可以显着提高罗丹明B的降解效率。对照实验表明,BSNT亚微米粉末与PTFE搅拌棒之间的摩擦引发电荷转移,诱导BSNT内部产生非零电场,电场驱动内部电子-空穴对的分离,从而导致染料发生摩擦催化降解。钨青铜亚微米粉末的摩擦催化作用为利用微小机械能降解废水染料提供了一种新颖而有效的方法。（3）以贵金属Ag为助催化剂,对BSNT亚微米粉体进行修饰,并进行催化降解实验。结果表明,修饰后的Ba2.5Sr2.5Nb8Ta2O30@Ag（1.5 wt%）的催化性能明显提高,降解效率从96%提升至99%。这是由于BSNT表面负载Ag纳米颗粒阻碍了摩擦电诱导的正负电荷的复合。此外,所得催化剂经过3次循环后,仍具有良好的稳定性。
耿皖荣[8]（2021）在《BiFeO3薄膜结构与缺陷的像差校正透射电子显微学研究》文中研究指明作为目前唯一发现的室温单相多铁材料,BiFeO3具有大的自发极化强度及多种序参量的相互耦合,因而具有丰富的结构和物理特性。为了满足器件小型化和高性能的发展需求,对无铅多铁BiFeO3薄膜的研究成为研究者关注的热点问题。为进一步促进其应用,阐明薄膜内微观结构对宏观性能的影响至关重要。本论文中,我们利用脉冲激光沉积技术设计生长多种BiFeO3薄膜体系,借助像差校正透射电子显微方法针对BiFeO3的畴及畴壁、相组成、缺陷及相互之间的耦合行为进行了深入的研究。极性拓扑畴在高密度信息存储方面具有潜在应用,是大家关注的热点话题。为了研究无铅多铁BiFeO3薄膜中的极性拓扑畴,我们通过降低衬底的对称性在TbScO3（010）o衬底上设计生长了 BiFeO3/GdScO3/BiFeO3薄膜。研究发现两个正交结构夹持的BiFeO3层中形成了周期性的109°畴组态。利用扫描透射电子显微术研究发现109°畴壁以交替的方式一端终止于薄膜的内部,另一端终止于异质界面处,从而分别在上下界面处形成线状分布的三角形区域。结合实验和第一性原理计算结果确定了三角形区域为BiFeO3的极性正交相。该极性正交相与109°畴壁末端的极化共同形成了涡旋结构。极性正交相的产生是衬底对BiFeO3施加大的压应变和强氧八面体耦合作用以及109°畴壁末端形成的局域电场共同导致。此外,BiFeO3层所处边界条件的对称性不会影响涡旋的存在与否。该工作在多铁材料BiFeO3薄膜中调控出具有两相共存特征的极性涡旋结构,有利于实现基于铁电材料的高密度信息存储。为了进一步揭示薄膜中不同边界条件对极性拓扑畴的影响,我们设计生长了不同厚度的BiFeO3/GdScO3/BiFeO3/TbScO3（01O）o多层膜。研究发现,被正交结构夹持的BiFeO3层在不同厚度下分别形成了 109°和180°畴组态;而靠近表面的BiFeO3层在不同厚度下均形成了 109°畴结构。分析认为在两种畴壁末端均会形成局域化的电场,进而促进极性拓扑结构的形成。利用扫描透射电子显微术进行研究发现,在正交结构夹持的BiFeO3层中,109°畴壁末端形成了两相涡旋和全闭合结构;180°畴壁末端形成了半涡旋结构。而在靠近表面的BiFeO3层中全闭合纳米畴的形成受到另一层BiFeO3中畴组态的影响。该工作讨论了不同边界条件对多种拓扑纳米畴形成的影响,这对设计其他拓扑畴结构具有指导意义。以上研究发现BiFeO3薄膜内的畴结构和相组成之间存在一定程度的关联。为了阐明畴壁与相变之间的结构联系,我们在对BiFeO3薄膜具有各向异性的双轴失配压应变的NdGaO3（010）o衬底上设计了两种BiFeO3薄膜体系,分别为单层BiFeO3薄膜和BiFeO3/GdScO3双层膜。利用高角环形暗场像和环形明场像技术研究发现,随着单层BiFeO3薄膜厚度降低,薄膜中的结构逐渐从180°畴壁转变为反铁电相。当在BiFeO3上覆盖一层GdSc03时,薄膜中的反铁电相结构更容易稳定。通过比较不同密度的180°畴壁和反铁电相的精细结构发现,180°畴壁的晶格畸变与反铁电相的晶格调制特征类似,说明畴壁处的结构畸变会为反铁电相的反极性位移特征提供原子尺度的结构基础。结合第一性原理计算确定了异质界面处强氧八面体耦合会进一步稳定反铁电相。该工作在纯相单层BiFeO3薄膜中实现了反铁电相变,阐明了反铁电相的形成机制,有望为设计高储能密度的电子器件提供借鉴意义。通过合理调控铁电薄膜内畴和相结构,有利于优化铁电薄膜的物理性能,促进相关电子器件的应用,然而薄膜内的生长缺陷会显着降低器件的性能。因此,研究铁电薄膜内带电缺陷,尤其是普遍存在的氧空位,对铁电极化甚至畴结构的影响至关重要。我们通过调控薄膜生长参数在NdGaO3（110）o衬底上制备了具有不同氧空位浓度的BiFeO3薄膜。研究发现BiFeO3薄膜内高浓度的氧空位会发生偏聚,形成许多氧空位片,并且氧空位片会影响周围BiFeO3的极化分布,进一步导致尾对尾带电畴结构的形成。当薄膜的退火氧压较低时,薄膜内的氧空位片之间不存在相互作用,且随着单一氧空位片尺寸增加,其诱导的带电畴壁类型会从71 °畴壁转变为109°畴壁。进一步降低薄膜退火氧压,相邻氧空位片之间的水平距离减小,它们对周围极化的影响会发生耦合,从而稳定了 71°-109°畴壁对。随后我们结合相场模拟证实了氧空位片对BiFeO3极化的调控行为。该工作系统研究了氧空位缺陷对铁电极化和畴结构的调控行为,这对设计高性能的电子器件具有指导意义。
张丽丽[9]（2020）在《弛豫铁电性理论探索》文中研究指明弛豫铁电体（RFE）不仅具有新奇的物理性质,而且拥有极为广泛、重要的应用,因此弛豫铁电性机制的探索既加深对自然的认知,又对其现实的应用具有指导意义。基于已有的弛豫铁电性静力学理论模型缺乏对相应实验结果的定量描述能力,以及现有的动力学理论模型仍然是唯象、初步等问题,能够定量描述弛豫铁电性静力学、动力学的微观理论模型探索,无疑是RFE研究领域中最有价值的工作之一。本文依据RFE都是具有周期的晶体点阵结构,但是其中至少两种元素组分在点阵上的分布是无序或不均匀的,即结构有序-组分无序的体系,并且传统铁电性与弛豫铁电性相互转化的事实,尝试建立了弛豫铁电性的静力学、动力学的新理论,即具有Glauber动力学、赝自旋（PS）的随机格点（random-site）-随机内场（random-field）-Ising模型（RS-RF-IGM）。为了求解RS-RF-IGM,本文提出了一种新的、包含PS数目和场强分布的、PS串（PS-string,PSS）的局域平均场（local-mean-filed,LMF）方法（PSS-LMF）。依据PSS-LMF与求解Ising模型可信的Kramers-Wannier平均场的关系,以及RS-RF-IGM中PS在空间分布的拓扑结构特征,得出PSS-LMF是求解该模型的一个可信的方法。基于PSS-LMF方法,计算了对应三维（3-dimensional,3D）RFE的3D-RS-RF-IGM的序参量（自发极化）、局域序参量、比热、静态极化率、相图,特别是局域序参量由高温独立的极化纳米区（polar-nano-region,PNR）向低温分形（fractal）结构的渡越（crossover）。另外,针对现有Burns转变的唯像理论存在的问题,本文基于RS-RF-IGM中PS与晶格的耦合,提出了一种新的Burns转变的微观理论,并消除了已有Burns转变理论的问题。同样基于PSS-LMF方法,首先计算出RS-RF-IGM中局域序参量的热涨落随时间演化的方程,然后计算了该模型中与序参量热涨落相关的复极化率,特别是给出了一直代表着弛豫铁电物理学最为神秘特征的Vogel-Fulcher经验规律,它起源于受有效界面效应影响的高于物理一维的子体系中PS的关联弛豫。理论与实验结果的比较表明:（1）本文理论所预测的序参量、比热、高频-高温复极化率、Burns转变,与规范RFE——Pb Mg1/3Nb2/3O3（PMN）的实验结果定量上是一致的;（2）本文理论所预测的局域序参量,与PMN、PMN 1-x-（Pb Ti O3）x、SrxBa1-xNb2O6的实验结果定性上是一致的;（3）本文理论所预测的3D-RS-RF-IGM的相图（即随PS浓度的改变,传统铁电体?RFE?顺电体的相互演变）,与随x变化Ba Ti1-xZrxO3的相图定性上也是一致的;（4）依据本文理论模型的序参量、复极化率结果,得出RFE的中间转变微观上起源于局域序参量由高温独立的极化纳米区向低温分形结构的渡越,并且转变的特征温度为弛豫铁电相变的弥散温度。针对目前还没有规范RFE的明确定义,并依据本文的理论,尝试给出了规范RFE的定义。基于此定义,PMN非常接近规范RFE。另外,针对文献中RFE是否能够归入铁电体的争论,基于已有实验结果和本文的理论进行了分析、讨论。为了进一步验证本文所提出的PSS-LMF方法的可行性,对该方法所得结果与Monte Carlo模拟进行了比较、讨论。整体上,已有的二维随机格点Ising模型的Monte Carlo模拟与本文的PSS-LMF的结果是相互印证的。本文以描述传统铁电性最为成功的静力学的Ising模型、动力学的Mason理论为参照,在数学体系、实验验证、微观层次等三个方面,对本文的RS-RF-IGM与其它典型弛豫铁电性的理论模型,进行了比较。与现有代表性的弛豫铁电性理论模型相比:（1）在数学体系的完整性方面,本文理论模型包含动力学哈密顿量,以及给出了较多的、定量的、实验可验证的、理论预测参量;（2）在实验验证方面,本文理论模型不仅给出了较多的理论预测参量,而且与实验结果定量或定性一致;（3）在微观层次方面,现有代表性的弛豫铁电性的理论模型仅处于介观或唯象层次,而本文的描述弛豫铁电性静力学模型的微观层次与Ising模型一样,并且RS-RF-IGM比描述传统铁电性动力学的Mason理论更为微观。
张洋[10]（2020）在《钙钛矿结构铁电薄膜中能量竞争与畴结构的热力学分析和相场模拟》文中研究表明铁电材料从发现至今已经有一百年的历史,而从二十世纪五十年代起,随着以钛酸钡、锆钛酸铅为代表的钙钛矿氧化物的发现,铁电性的研究逐渐成为凝聚态物理领域的一个热点.传统上,利用铁电和压电性质,铁电材料被广泛应用到传感器、存储器等方面;现在,随着微观纳米技术的进步,低维复合结构如纳米点、纳米管、超晶格、超材料等的铁电体展现出独特、优异的性能,因而拥有广阔的应用前景.另一方面,热力学唯象理论在上个世纪六十年代就成功解释了铁电材料的宏观性质;基于唯象理论的相场模型进一步在介观尺度上对铁电畴的形成、翻转、调控进行预测;而第一性原理、分子动力学等方法从微观角度深刻地剖析出铁电性的物理背景.在如今高性能计算的快速发展下,这些多尺度的模拟方法正结合在一起,成为铁电领域不可或缺的组成部分.钙钛矿结构铁电材料作为目前研究最多、应用最广的铁电体,一直吸引着人们的目光.钙钛矿铁电薄膜作为其中的佼佼者,具备非常丰富的物理内涵,但也存在着许多挑战.例如,铁电薄膜内部畴结构的形成与能量竞争的关系如何?薄膜的低维特性对铁电体的相变有何作用?如何从铁电薄膜出发,设计出多功能性元件?等等,还需要我们进一步去探索.本论文将从理论模拟的角度,选取钛酸钡和铁酸铋两个非常典型的钙钛矿铁电体,对铁电薄膜进行热力学分析和相场模拟.由于维度的降低和边界条件的复杂化,薄膜结构会展现出块体结构所没有的特征,并导致材料性能的增强.整篇论文的结构如下:第1章简单说明本文的研究背景,介绍铁电体的定义、性质、历史、研究进展、薄膜结构等等,并列举铁电研究涉及的各种方法.另外,本章还对钙钛矿结构和钙钛矿铁电体进行了一些说明.第2章介绍铁电材料的热力学模型和相场方法.本章基于Landau–Gingzburg–Denvonshire唯象理论,对铁电体的自由能包括弹性能、静电能用序参量表示出来.另外,本章介绍了相场模型,包括数值计算的推导、含时演化方程的使用等等.第3章研究了高应变BiFeO3薄膜的畴界.高应变下,BiFeO3会产生超四方相和菱方相的混合.本章总结了两相之间所有可能的畴界类型;利用热力学方法计算出能量最低的畴界方向;利用相场方法分析畴界能量,为实验中的畴界行为提供理论依据.第4章研究了铁酸铋超薄膜的相变.由于界面效应的增强,原来的菱方相会逐渐变成四方相.在一定范围的衬底应变下,两相共存会产生准同型相界,从而极大地增加了材料的压电性能.第5章研究了微观结构钛酸钡铁电体的畴结构.在二维铁电薄膜上通过从上到下技术刻蚀出一些纳米孔阵列,我们发现,由于弹性能和静电能的竞争,原来的条纹畴会发生进一步分裂.同时,孔洞释放了两项能量,材料的压电效应和介电效应都会有一定程度的增强.第6章是总结和展望.
二、铁电相变的软模理论（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、铁电相变的软模理论（论文提纲范文）
（1）游走于边缘——铁电金属（论文提纲范文）
| 铁电畴壁 |
| I.引子 |
| II.铁电与金属 |
| A.往事不如烟 |
| B.铁电亦量子 |
| C.Bad Metals |
| III.边缘行走 |
| A.铁电金属Li Os O3 |
| B.消失的磁性 |
| C.铁电半金属WTe2 |
| IV.絮语作结 |
（2）宽温区内锆酸铅基反铁电薄膜储能及电卡性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1.绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 反铁电材料 |
| 1.2.1 反铁电材料的发展 |
| 1.2.2 反铁电材料晶体结构 |
| 1.2.3 反铁电体的唯像理论 |
| 1.2.4 反铁电体的应用 |
| 1.3 储能电容器研究现状 |
| 1.3.1 储能电容器的原理 |
| 1.3.2 储能电容器的研究进展 |
| 1.4 电卡制冷概述及研究现状 |
| 1.4.1 电卡制冷的原理 |
| 1.4.2 电卡制冷的研究进展 |
| 1.5 本论文研究的主要内容 |
| 2.实验材料及研究方法 |
| 2.1 实验原料 |
| 2.1.1 沉积在不同底电极上的PLZ薄膜原材料 |
| 2.1.2 PLZ-x%Mn(x=0,0.5,1,1.5)薄膜原材料 |
| 2.2 铁电薄膜的主要制备方法 |
| 2.2.1 磁控溅射法 |
| 2.2.2 脉冲激光沉积法 |
| 2.2.3 溶胶凝胶法 |
| 2.3 实验设备 |
| 2.4 结构表征 |
| 2.4.1 物相分析 |
| 2.4.2 形貌分析 |
| 2.5 电学性能测试 |
| 2.5.1 介电性能 |
| 2.5.2 反铁电性能 |
| 3.不同底电极反铁电PLZ基薄膜的储能及电卡性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 样品的制备及性能测试 |
| 3.3 结果与分析 |
| 3.3.1 物相分析 |
| 3.3.2 形貌分析 |
| 3.3.3 电学性能分析 |
| 3.3.4 储能性能研究 |
| 3.3.5 电卡性能研究 |
| 3.4 本章小结 |
| 4.掺Mn反铁电PLZ基薄膜的储能及电卡性能的影响 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 样品的制备及性能测试 |
| 4.3 结果与分析 |
| 4.3.1 物相分析 |
| 4.3.2 形貌表征 |
| 4.3.3 电学性能研究 |
| 4.3.4 储能性能研究 |
| 4.3.5 电卡性能研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 5.总结与展望 |
| 5.1 本文总结 |
| 5.2 课题展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位发表的论文及所取得的研究成果 |
| 致谢 |
（3）(111)取向PbTiO3外延薄膜铁电相变的唯象理论研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 本论文研究背景 |
| 1.2 本论文研究方法 |
| 1.3 本论文研究内容 |
| 1.4 参考文献 |
| 第2章 铁电综述 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 铁电体概述 |
| 2.3 钙钛矿铁电体的结构、性质与应用 |
| 2.4 铁电薄膜取向和压应力研究 |
| 2.5 钙钛矿铁电外延薄膜唯象理论 |
| 2.6 参考文献 |
| 第3章 压应力对(111)PbTiO_3薄膜的影响 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 压应力下(111)PbTiO_3薄膜的相变 |
| 3.3 压应力下(111)PbTiO_3薄膜稳定相应力和应变 |
| 3.4 压应力下(111)PbTiO_3薄膜稳定相介电和压电响应 |
| 3.5 本章小结 |
| 3.6 参考文献 |
| 第4章 退极化场和压应力对(111)PbTiO_3超薄膜的影响 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 退极化场和压应力下(111)PbTiO_3超薄膜的相变 |
| 4.3 退极化场和压应力下(111)PbTiO_3超薄膜的极化、应变和应力 |
| 4.4 退极化场和压应力下(111)PbTiO_3超薄膜的介电和压电响应 |
| 4.5 本章小结 |
| 4.6 参考文献 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 攻读硕士期间发表的论文 |
| 致谢 |
（4）NaNbO3基反铁电陶瓷的设计、制备与极化储能性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 引言 |
| 第2章 文献综述 |
| 2.1 反铁电体概述 |
| 2.1.1 电介质与电极化 |
| 2.1.2 反铁电体简介 |
| 2.1.3 反铁电体的热力学模型和相变特征 |
| 2.2 钙钛矿型反铁电材料研究进展 |
| 2.2.1 铅基钙钛矿反铁电材料 |
| 2.2.2 无铅钙钛矿反铁电材料 |
| 2.2.3 有关反铁电概念的问题与理解 |
| 2.3 电介质储能原理及特性概述 |
| 2.3.1 电介质的储能原理及测量 |
| 2.3.2 电介质储能材料分类 |
| 2.4 铌酸钠基陶瓷的研究现状 |
| 2.4.1 铌酸钠基陶瓷的基本结构和晶格动力学 |
| 2.4.2 铌酸钠基铁电与反铁电陶瓷 |
| 2.5 本课题的提出及主要研究内容 |
| 第3章 材料制备与性能表征 |
| 3.1 陶瓷材料样品制备 |
| 3.1.1 实验原料 |
| 3.1.2 陶瓷材料样品的制备流程及工艺参数 |
| 3.2 结构表征和性能测试 |
| 3.2.1 结构表征 |
| 3.2.2 性能测试与表征 |
| 第4章 NaNbO_3-CaSnO_3体系构筑及其反铁电性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 样品制备 |
| 4.3 实验结果与讨论 |
| 4.3.1 显微结构和相结构演变 |
| 4.3.2 介电及铁电性能演变 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 NaNbO_3基陶瓷反铁电及铁电性能的改性研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 样品制备 |
| 5.3 CuO掺杂对NNCS04反铁电性能的影响 |
| 5.3.1 陶瓷的显微结构和相结构及介电性能 |
| 5.3.2 Cu离子的价态和配位环境以及对陶瓷电导特性的影响 |
| 5.3.3 NNCS-CuO陶瓷的极化性能 |
| 5.4 BiMnO_3掺杂对NN铁电性能的影响 |
| 5.4.1 BM掺杂对陶瓷结构、介电性能和缺陷状态的影响 |
| 5.4.2 BM掺杂对陶瓷铁电性能的影响 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 稀土掺杂NNCS体系反铁电性能以及储能性能研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 样品制备 |
| 6.3 实验结果与讨论 |
| 6.3.1 显微结构和相结构演变 |
| 6.3.2 介电性能演变 |
| 6.3.3 极化及储能特性 |
| 6.3.4 模型建立与极化行为的机理解释 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 NaNbO_3基弛豫储能体系的探索以及性能研究 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 样品制备 |
| 7.3 NN-BMN陶瓷的弛豫储能特性研究 |
| 7.3.1 显微结构和相结构演变 |
| 7.3.2 介电和铁电性能演变 |
| 7.3.3 储能性能 |
| 7.3.4 充放电性能 |
| 7.4 NN基三元系陶瓷的弛豫储能体系探索 |
| 7.4.1 NN-BMN-CT陶瓷的显微结构和介电性能 |
| 7.4.2 NN-BMN-CT陶瓷的储能性能 |
| 7.4.3 NN-BA-CT/ST陶瓷的显微结构和介电性能 |
| 7.4.4 NN-BA-CT/ST陶瓷的储能特性 |
| 7.5 NN基高熵化陶瓷的制备和储能特性研究 |
| 7.5.1 (Na,Ba,K,Bi,Ca)_(0.2)Nb_(0.2)Ti_(0.8-x)Zr_xO_3的相结构和显微结构 |
| 7.5.2 SZr100x陶瓷的介电性能 |
| 7.5.3 SZr100x陶瓷的极化和储能性能 |
| 7.6 本章小结 |
| 第8章 全文总结与展望 |
| 8.1 全文总结 |
| 8.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读博士期间发表的学术论文和研究成果 |
（5）PbHfO3反铁电薄膜储能与电卡性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究目的与意义 |
| 1.2 PbHfO_3反铁电体 |
| 1.2.1 反铁电起源及其基本理论 |
| 1.2.2 PbHfO_3反铁电材料研究进展 |
| 1.3 反铁电储能及其研究现状 |
| 1.3.1 电介质电容器储能机理 |
| 1.3.2 反铁电储能材料研究进展 |
| 1.3.3 提高材料储能特性的策略 |
| 1.4 电卡效应及其研究现状 |
| 1.4.1 电卡效应的热力学理论与唯象理论 |
| 1.4.2 电卡制冷基本原理 |
| 1.4.3 电卡效应测量方法 |
| 1.4.4 陶瓷,薄膜和聚合物中的电卡效应 |
| 1.4.5 电卡效应影响因素 |
| 1.4.6 电卡制冷原型器件 |
| 1.4.7 电卡效应研究所面临的挑战 |
| 1.5 本课题的提出与主要研究内容 |
| 第二章 PbHfO_3反铁电薄膜制备、表征与工艺优化 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 薄膜制备流程 |
| 2.2.1 前驱体溶液配制 |
| 2.2.2 衬底预处理 |
| 2.2.3 薄膜热处理 |
| 2.2.4 电极的制备 |
| 2.3 结构与性能表征 |
| 2.3.1 物相结构表征 |
| 2.3.2 微观结构表征 |
| 2.3.3 介电性能测试 |
| 2.3.4 反铁电性能测试 |
| 2.3.5 比热容测试 |
| 2.4 制备工艺参数优化 |
| 2.4.1 前驱体溶液稳定性 |
| 2.4.2 衬底类型 |
| 2.4.3 退火温度 |
| 2.4.4 薄膜厚度 |
| 2.4.5 缓冲层 |
| 2.4.6 退火工艺 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 PbHfO_3反铁电薄膜储能特性研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 样品制备 |
| 3.3 结构特性 |
| 3.3.1 物相结构 |
| 3.3.2 微观结构 |
| 3.4 储能特性 |
| 3.4.1 反铁电性能 |
| 3.4.2 介电击穿强度 |
| 3.4.3 储能密度和储能效率 |
| 3.4.4 热稳定性 |
| 3.4.5 疲劳特性 |
| 3.5 机理分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 PbHfO_3反铁电薄膜中正、负电卡效应研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 样品制备 |
| 4.3 结构特性 |
| 4.3.1 物相结构 |
| 4.3.2 微观结构 |
| 4.4 反铁电特性 |
| 4.4.1 室温反铁电性能 |
| 4.4.2 变温反铁电性能 |
| 4.5 电卡效应 |
| 4.6 机理分析 |
| 4.7 本章小结 |
| 第五章 室温附近掺Ba~(2+) PbHfO_3薄膜中正电卡效应研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 薄膜制备 |
| 5.3 结构特性 |
| 5.3.1 物相结构 |
| 5.3.2 微观结构 |
| 5.4 介电性能 |
| 5.5 铁电与反铁电性能 |
| 5.6 电卡效应 |
| 5.7 机理分析 |
| 5.8 本章小结 |
| 第六章 化学应力调控PbHfO_3薄膜中反铁电性能 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 样品制备 |
| 6.3 结构特性 |
| 6.3.1 物相结构 |
| 6.3.2 微观结构 |
| 6.4 反铁电性能 |
| 6.5 机理分析 |
| 6.6 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得与学位论文相关的成果 |
| 致谢 |
（6）纳米氧化物的反常铁电性与局域结构（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 引言 |
| 2 文献综述 |
| 2.1 纳米材料与局域结构 |
| 2.1.1 纳米材料概述 |
| 2.1.2 材料的局域结构 |
| 2.1.3 纳米材料的局域结构 |
| 2.2 材料的铁电性 |
| 2.2.1 铁电性概述 |
| 2.2.2 铁电材料的基本特性 |
| 2.2.3 纳米铁电材料的研究现状 |
| 2.2.4 局域结构调控纳米铁电材料的性能 |
| 2.3 局域结构的主要研究手段 |
| 2.3.1 基于全散射的原子对分布函数 |
| 2.3.2 X射线吸收谱 |
| 2.3.3 扫描透射电子显微镜 |
| 2.4 本课题研究内容 |
| 3 样品的合成与表征 |
| 3.1 样品制备 |
| 3.2 实验表征手段 |
| 4 纳米钛酸铅反常增强的铁电性 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 样品的合成与表征 |
| 4.2.1 样品的合成与处理 |
| 4.2.2 样品的表征与计算 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 纳米钛酸铅增强的四方性 |
| 4.3.2 纳米钛酸铅增强的自发极化 |
| 4.3.3 PbO终端在纳米钛酸铅表面的分布 |
| 4.3.4 表面状态与极化的耦合机理 |
| 4.4 小结 |
| 5 纳米钛酸铅极化分布的三维分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 样品的合成与表征 |
| 5.2.1 样品的合成与处理 |
| 5.2.2 样品的表征 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 纳米钛酸铅的局域结构畸变 |
| 5.3.2 基于RMC的三维极化分布分析 |
| 5.3.3 基于透射电镜手段的二维极化分布分析 |
| 5.3.4 铁电有序的相关性分析 |
| 5.3.5 局域/平均结构的关联与耦合分析 |
| 5.4 小结 |
| 6 纳米二氧化锆的铁电性 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 样品的合成与表征方法 |
| 6.2.1 样品的合成与处理 |
| 6.2.2 样品的表征 |
| 6.3 结果与讨论 |
| 6.3.1 纳米二氧化锆的形貌和平均结构 |
| 6.3.2 纳米二氧化锆的铁电性 |
| 6.3.3 纳米二氧化锆的局域结构畸变 |
| 6.4 小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 附录A RMC数据分析脚本 |
| 作者简历及在学研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（7）钨青铜结构化合物的摩擦催化性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 摩擦起电 |
| 1.3 铁电材料概述 |
| 1.4 钨青铜结构概概述 |
| 1.5 本文的研究思路及主要内容 |
| 第2章 铁电钨青铜结构氧化物的制备与性能表征 |
| 2.1 实验方案设计 |
| 2.2 实验原料 |
| 2.3 实验仪器 |
| 2.4 样品的制备工艺 |
| 2.5 测试技术与方法 |
| 第3章 钨青铜Ba_4Nd_2Fe_2Nb_8O_(30)亚微米粉的摩擦催化性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验过程 |
| 3.2.1 Ba_4Nd_2Fe_2Nb_8O_(30)亚微米粉体的制备 |
| 3.2.2 摩擦催化活性测试 |
| 3.2.3 活性物种检测 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 Ba_4Nd_2Fe_2Nb_8O_(30)亚微米粉的物相和形貌分析 |
| 3.3.2 Ba_4Nd_2Fe_2Nb_8O_(30)摩擦催化性能研究 |
| 3.3.3 摩擦催化降解染料的机理 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 钨青铜铁电Ba_(2.5)Sr_(2.5)Nb_8Ta_2O_(30)亚微米粉的强摩擦催化降解染料 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验过程 |
| 4.2.1 Ba_(2.5)Sr_(2.5)Nb_8Ta_2O_(30)亚微米粉体的制备 |
| 4.2.2 Ba_(2.5)Sr_(2.5)Nb_8Ta_2O_(30)铁电性能测试 |
| 4.2.3 染料降解测试 |
| 4.2.4 活性物种检测 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 Ba_(2.5)Sr_(2.5)Nb_8Ta_2O_(30)的相结构及形貌表征 |
| 4.3.2 Ba_(2.5)Sr_(2.5)Nb_8Ta_2O_(30)的TEM和精修结果分析 |
| 4.3.3 Ba_(2.5)Sr_(2.5)Nb_8Ta_2O_(30)拉曼光谱分析 |
| 4.3.4 Ba_(2.5)Sr_(2.5)Nb_8Ta_2O_(30)铁电性能分析 |
| 4.3.5 Ba_(2.5)Sr_(2.5)Nb_8Ta_2O_(30)亚微米粉的XPS光谱分析 |
| 4.3.6 Ba_(2.5)Sr_(2.5)Nb_8Ta_2O_(30)摩擦催化性能研究 |
| 4.3.7 摩擦催化活性机理研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 Ba_(2.5)Sr_(2.5)Nb_8Ta_2O_(30)@Ag亚微米颗粒增强摩擦催化性能 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验过程 |
| 5.2.1 Ba_(2.5)Sr_(2.5)Nb_8Ta_2O_(30)@Ag催化剂的制备 |
| 5.2.2 摩擦催化活性测试 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 Ba_(2.5)Sr_(2.5)Nb_8Ta_2O_(30)的相结构及形貌表征 |
| 5.3.2 摩擦催化性能研究 |
| 5.3.3 Ba_(2.5)Sr_(2.5)Nb_8Ta_2O_(30)@Ag摩擦催化机理分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 个人简介 |
| 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其他成果 |
| 致谢 |
（8）BiFeO3薄膜结构与缺陷的像差校正透射电子显微学研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.1.1 钙钛矿型功能氧化物 |
| 1.1.2 铁电薄膜中畴结构及相结构的调控 |
| 1.1.3 铁电薄膜中拓扑畴研究进展 |
| 1.1.4 铁电薄膜中的生长缺陷 |
| 1.1.5 高指数取向BiFeO_3薄膜研究现状 |
| 1.2 先进透射电子显微学在铁电薄膜研究中的应用 |
| 1.3 本论文的选题意义及研究内容 |
| 第2章 实验方法 |
| 2.1 薄膜生长与透射样品制备 |
| 2.1.1 脉冲激光沉积技术(PLD) |
| 2.1.2 薄膜的生长模式 |
| 2.1.3 透射电镜样品制备 |
| 2.2 透射电子显微学分析方法 |
| 2.2.1 透射电子显微镜工作原理 |
| 2.2.2 电子衍射与衍衬分析 |
| 2.2.3 高分辨透射电子显微术(HRTEM) |
| 2.2.4 扫描透射电子显微术(STEM) |
| 2.2.5 电子能量损失谱(EELS)和X射线能量色散谱(EDS) |
| 2.2.6 像差校正透射电子显微学 |
| 2.2.7 透射电子显微镜实验设备 |
| 2.3 基于STEM的电子显微学分析方法 |
| 2.3.1 实空间寻峰拟合分析(Peak Finding) |
| 2.3.2 倒空间几何相位分析(Geometric Phase Analysis) |
| 2.4 原子力显微镜(AFM) |
| 2.4.1 原子力显微镜的基本原理 |
| 2.4.2 双频共振追踪(DART)压电力显微镜模式(PFM) |
| 2.5 高分辨X射线衍射 |
| 第3章 BiFeO_3薄膜中的两相涡旋结构 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验与计算方法 |
| 3.3 实验结果 |
| 3.3.1 多层膜中周期性的109°畴组态 |
| 3.3.2 BiFeO_3中的涡旋结构 |
| 3.3.3 BiFeO_3中涡旋结构的两相共存 |
| 3.4 讨论 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 边界条件对拓扑极性纳米畴的影响 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验与计算方法 |
| 4.3 实验结果 |
| 4.3.1 多层膜中的畴组态 |
| 4.3.2 不同畴壁末端形成的纳米畴结构 |
| 4.3.3 临近层畴组态对BiFeO_3层中纳米畴的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 BiFeO_3薄膜中的铁电-反铁电相变 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验与计算方法 |
| 5.3 实验结果 |
| 5.3.1 [110]BiFeO_3超薄膜中结构随厚度的演变 |
| 5.3.2 [110]BiFeO_3超薄膜中的致密畴 |
| 5.3.3 [110]BiFeO_3超薄膜中的反铁电相 |
| 5.3.4 180°畴壁与反铁电相的结构联系 |
| 5.3.5 第一性原理计算结果 |
| 5.3.6 退极化场对不同BiFeO_3结构极化的影响 |
| 5.4 讨论 |
| 5.4.1 畴壁促进反铁电相变的结构机理 |
| 5.4.2 界面氧八面体耦合稳定反铁电结构 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 氧空位对带电畴壁的钉扎行为研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验与计算方法 |
| 6.3 实验结果 |
| 6.3.1 BiFeO_3薄膜中的片状缺陷 |
| 6.3.2 片状缺陷中氧缺失的确定 |
| 6.3.3 单个氧空位片稳定的带电畴壁 |
| 6.3.4 氧空位片台阶稳定的带电畴壁对 |
| 6.3.5 氧空位对薄膜畴及极化翻转的影响 |
| 6.4 讨论 |
| 6.4.1 氧空位浓度对其存在形态的影响 |
| 6.4.2 氧空位片电荷稳定带电畴壁 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（9）弛豫铁电性理论探索（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 弛豫铁电体应用简介 |
| 1.2 铁电体按照相变类型的分类 |
| 1.2.1 传统铁电体 |
| 1.2.2 弛豫铁电体 |
| 1.3 弛豫铁电体按照点阵结构的分类 |
| 1.3.1 钙钛矿结构 |
| 1.3.2 四方钨青铜结构 |
| 1.3.3 奥里维里斯结构 |
| 1.4 弛豫铁电性与RFE中离子分布 |
| 1.5 弛豫铁电性的静力学现象 |
| 1.5.1 自发极化 |
| 1.5.2 比热 |
| 1.5.3 静态极化率 |
| 1.5.4 电畴结构与局域序参量 |
| 1.5.5 Burns转变 |
| 1.5.6 中间转变 |
| 1.6 弛豫铁电性的动力学现象 |
| 1.6.1 规范RFE(PMN)的极化弛豫现象 |
| 1.6.2 传统铁电性向弛豫铁电性的演化现象 |
| 1.7 弛豫铁电性静力学理论模型简介 |
| 1.7.1 组分不均匀理论 |
| 1.7.2 随机相互作用-随机内场理论 |
| 1.7.3 球对称随机场-随机键模型 |
| 1.7.4 软模-随机电场理论 |
| 1.8 弛豫铁电性动力学理论模型简介 |
| 1.8.1 超顺电理论 |
| 1.8.2 极化玻璃模型 |
| 1.8.3 呼吸模型 |
| 1.9 本论文研究思路及内容 |
| 第一章参考文献 |
| 第二章 弛豫铁电性的新理论模型探索 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 钙钛矿铁电体类型的争论与讨论 |
| 2.2.1 有序-无序型理论 |
| 2.2.2 位移型理论 |
| 2.2.3 有序-无序型和位移型理论的实验检验及讨论 |
| 2.3 传统铁电性静力学的赝自旋Ising模型简介与讨论 |
| 2.4 传统铁电性动力学理论简介与讨论 |
| 2.4.1 传统铁电体中序参量涨落的Mason理论及讨论 |
| 2.4.2 传统铁电体中畴界弛豫理论简介及讨论 |
| 2.5 弛豫铁电性的新理论模型 |
| 2.5.1 锆钛酸钡铁电性静力学的模型哈密顿量 |
| 2.5.2 铌镁酸铅铁电性静力学的模型哈密顿量 |
| 2.5.3 弛豫铁电性动力学的模型哈密顿量 |
| 2.5.4 弛豫铁电性新理论模型创新性讨论 |
| 2.6 第二章小结 |
| 附录-A Glauber跃迁几率 |
| 第二章参考文献 |
| 第三章 弛豫铁电性新理论模型的新求解方法 |
| 3.1 引言 |
| 3.1.1 随机格点-随机场-Ising模型求解现状简介与讨论 |
| 3.1.2 随机格点-随机场-Ising-Glauber模型求解现状简介与讨论 |
| 3.2 Ising模型静力学求解方法简介 |
| 3.2.1 Weiss平均场方法简介 |
| 3.2.2 Kramers-Wannier平均场方法简介 |
| 3.2.3 Onsagar方法的比热结果简介 |
| 3.2.4 杨振宁方法的序参量结果简介 |
| 3.2.5 Ising模型平均场近似与精确解的比较与讨论 |
| 3.3 新理论模型求解的新方法 |
| 3.3.1 新理论模型求解的赝自旋串平均场方法 |
| 3.3.2 赝自旋和赝自旋空位的空间分布 |
| 3.3.3 赝自旋串的长度分布 |
| 3.3.4 赝自旋串间相互作用的分布 |
| 3.3.5 赝自旋串平均场方法可信性分析 |
| 3.3.6 赝自旋串平均场方法创新性讨论 |
| 3.4 第三章小结 |
| 附录-B 赝自旋串之间相互作用的局域平均场 |
| B.1 随机强键到均匀弱键的局域平均场 |
| B.2 有效界面效应 |
| 第三章参考文献 |
| 第四章 弛豫铁电性新理论的静力学和动力学结果 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 弛豫铁电性新理论的静力学结果与讨论 |
| 4.2.1 序参量、静态极化率、比热、相图 |
| 4.2.2 局域序参量 |
| 4.2.3 Burns转变 |
| 4.3 弛豫铁电性新理论的动力学结果与讨论 |
| 4.3.1 局域序参量的涨落 |
| 4.3.2 序参量涨落的复极化率 |
| 4.4 赝自旋串局域平均场与Monte Carlo模拟结果的比较 |
| 4.5 弛豫铁电性新理论结果的创新性讨论 |
| 4.6 第四章小结 |
| 附录-C Z_n~g、Q_n~g的计算 |
| 附录-D s_(nk)~g的计算 |
| 附录-E χ_s~(ng)的计算 |
| 附录-F ζ_(nk)~g的计算 |
| 附录-G s_(nk)~g的弛豫方程 |
| 附录-H δ_(nk)~g的弛豫方程 |
| 附录-H1: δ_(11)~g的弛豫方程 |
| 附录-H2: δ_(2k)~g的弛豫方程 |
| 附录-H3: δ_(nk)~g (n≥3)的弛豫方程 |
| 附录-I 赝自旋串的复极化率 |
| 附录-J RFE的热应变 |
| 附录-K RFE的折射率 |
| 第四章参考文献 |
| 第五章 弛豫铁电性新理论与实验的比较及讨论 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 理论与实验的比较与讨论 |
| 5.2.1 序参量、局域序参量 |
| 5.2.2 比热 |
| 5.2.3 复极化率 |
| 5.2.4 Burns转变 |
| 5.2.5 中间转变 |
| 5.2.6 组分相图 |
| 5.3 规范RFE的定义及铁电体的讨论 |
| 5.3.1 规范RFE的定义 |
| 5.3.2 铁电体的讨论 |
| 5.4 本文理论与其它理论的比较与讨论 |
| 5.4.1 数学体系比较 |
| 5.4.2 实验验证比较 |
| 5.4.3 微观层次比较 |
| 5.5 第五章小结 |
| 第五章参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 第六章参考文献 |
| 攻读博士期间发表论文和科研情况 |
| 1. 发表论文 |
| 2. 主持或参与的科研项目 |
| 致谢 |
（10）钙钛矿结构铁电薄膜中能量竞争与畴结构的热力学分析和相场模拟（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 多铁性、铁电性与铁电薄膜 |
| 1.1.1 物质的铁性和多铁性材料 |
| 1.1.2 电介质的物理性质及分类 |
| 1.1.3 铁电研究的历史与应用 |
| 1.1.4 铁电畴结构和铁电薄膜 |
| 1.2 铁电材料的研究方法 |
| 1.2.1 铁电材料的实验手段 |
| 1.2.2 铁电材料的理论基础 |
| 1.2.3 铁电材料的模拟计算 |
| 1.3 钙钛矿结构铁电体 |
| 1.3.1 钙钛矿结构及钙钛矿铁电体 |
| 1.3.2 钛酸钡材料 |
| 1.3.3 铁酸铋材料 |
| 1.4 本论文的目的和主要研究内容 |
| 第2章 理论背景和模拟方法 |
| 2.1 铁电材料的热力学唯象分析 |
| 2.1.1 Landau相变理论 |
| 2.1.2 弹性能的贡献 |
| 2.1.3 Landau–Gingzburg理论 |
| 2.1.4 Landau–Gingzburg–Denvonshire唯象理论 |
| 2.1.5 自由能的热力学表达 |
| 2.2 铁电材料的相场模型 |
| 2.2.1 序参量和演化方程 |
| 2.2.2 铁电体的自由能 |
| 2.2.3 钙钛矿铁电体的相场模型 |
| 2.3 相场模拟的数值方法 |
| 2.3.1 力学平衡 |
| 2.3.2 电学平衡 |
| 2.3.3 半隐式傅里叶谱法 |
| 第3章 高应变铁酸铋薄膜的畴界分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.1.1 铁电畴界和协调条件 |
| 3.1.2 铁酸铋的超四方相 |
| 3.1.3 本工作的介绍 |
| 3.2 畴界能量的热力学分析 |
| 3.2.1 畴界能 |
| 3.2.2 突变界面的静电能与电学失调 |
| 3.2.3 突变界面的弹性能与力学失调 |
| 3.2.4 畴界方向的确定 |
| 3.2.5 应变导致的相分离 |
| 3.2.6 小结 |
| 3.3 铁酸铋的畴与畴界 |
| 3.3.1 铁酸铋内的畴 |
| 3.3.2 铁酸铋内的畴界 |
| 3.4 铁酸铋畴界的结果与讨论 |
| 3.4.1 相场模型 |
| 3.4.2 电学和力学失调效应 |
| 3.4.3 应变导致的相分离效应 |
| 3.4.4 高压缩应变铁酸铋薄膜中的准同型相界 |
| 3.5 小结 |
| 第4章 铁酸铋超薄膜中的纯四方相 |
| 4.1 引言 |
| 4.1.1 铁电超薄膜 |
| 4.1.2 铁酸铋超薄膜的研究进展 |
| 4.1.3 本工作的介绍 |
| 4.2 理论模型 |
| 4.2.1 自由能的唯象描述 |
| 4.2.2 模拟系数的选择与拟合 |
| 4.3 模拟结果与分析 |
| 4.3.1 四方相的热力学分析 |
| 4.3.2 铁酸铋超薄膜的相场模拟 |
| 4.4 小结 |
| 第5章 纳米孔阵列下钛酸钡薄膜的畴分裂 |
| 5.1 引言 |
| 5.1.1 铁电薄膜的条纹畴和边界效应 |
| 5.1.2 微观铁电体的制备工艺 |
| 5.1.3 本工作的介绍 |
| 5.2 理论模型与方法 |
| 5.2.1 自由能表达式与系数 |
| 5.2.2 模拟过程及蒙特卡罗方法 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 正方形纳米孔的畴结构及能量分析 |
| 5.3.2 三角形形纳米孔的畴结构及能量分析 |
| 5.3.3 材料的压电性和介电性 |
| 5.4 小结 |
| 第6章 总结和展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 简历与科研成果 |
四、铁电相变的软模理论（论文参考文献）
- [1]游走于边缘——铁电金属[J]. 刘俊明. 物理学进展, 2021(04)
- [2]宽温区内锆酸铅基反铁电薄膜储能及电卡性能研究[D]. 郑冬宛. 中北大学, 2021(09)
- [3](111)取向PbTiO3外延薄膜铁电相变的唯象理论研究[D]. 朱治忠. 汕头大学, 2021
- [4]NaNbO3基反铁电陶瓷的设计、制备与极化储能性能研究[D]. 叶嘉明. 中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所), 2021
- [5]PbHfO3反铁电薄膜储能与电卡性能研究[D]. 黄先雄. 广东工业大学, 2021(08)
- [6]纳米氧化物的反常铁电性与局域结构[D]. 孙静. 北京科技大学, 2021
- [7]钨青铜结构化合物的摩擦催化性能研究[D]. 孙朝中. 桂林理工大学, 2021(01)
- [8]BiFeO3薄膜结构与缺陷的像差校正透射电子显微学研究[D]. 耿皖荣. 中国科学技术大学, 2021(06)
- [9]弛豫铁电性理论探索[D]. 张丽丽. 南京大学, 2020(09)
- [10]钙钛矿结构铁电薄膜中能量竞争与畴结构的热力学分析和相场模拟[D]. 张洋. 南京大学, 2020(09)