纳米镍铁氧体与铁电材料性能研究

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1、纳米镍铁氧体与铁电材料性能研究第一章绪论1.1纳米材料纳米是一种长度的单位，1nm等于十亿分之一米。而纳米材料则是由纳米尺度的微粒、薄膜或者线所组成的。颗粒尺寸在0.1-100nm的材料，薄膜的厚度在0.1-100nm的材料或者孔径尺度或骨架尺度在0.1-100nm的多孔材料均可称为纳米材料[1-4]。从广义上讲，我们可以认为纳米材料就是指在三个维度中，至少有一个维度在纳米尺度的范围或者由它们作为基本单元所构成的材料[5-7]。与我们常见的宏观材料对比，该材料具有一些迥然不同的特性,它具有独特的力、光、热、磁、电等特性。而在当前飞速发展的各个科学领域内，这些特性都得到了

2、广泛的应用[8-12]。1959年，理查德?费曼在美国的物理学会议上做了一个演讲，题目是在底部有很多空间[13]。尽管他当时并没有明确的提出纳米这个词，但实际上，他己经向大家阐述了纳米材料的概念。后来，1861年，由于胶体化学的出现，科学家们便开始对这种尺寸在l-lOOnm范围内的颗粒体系即我们现在所熟知的纳米溶胶展开了研究。接着，到了20世纪60年代，研究者开始了关于分散的纳米颗粒的研究。期间，在1963年，Uyeda通过气体蒸发冷凝法制备了金属纳米颗粒。1984年，德国科学家Gleiter以及美国科学家Siegal相继制备出了纯物质的纳米细粉[14,15]。后来德国

3、科学家Gleiter通过真空技术，在真空环境下将直径为6nm的Fe纳米颗粒原位加压成型，再通过烧结使其成为纳米微晶体块。这标志着一个纳米材料研究的新阶段。.1.2多铁材料多铁性材料是指材料本身具有两种或者两种以上的铁有序（铁磁有序、铁电有序、铁弹性有序），并且铁有序之间存在相互稱合[19-22]。这种材料展现出一些新奇的物理现象，同时这种材料具有的多铁稱合使得其在很多领域有巨大的潜在应用价值，这使得这种材料在最近十几年引起人们很大的研究热情。其中铁磁性与铁电性的稱合（磁电稱合）最引人关注，铁电性是具有自发电极化并能通过外电场的作用发生反转，铁磁性是具有自发磁极化并能被外

4、加磁场调制。磁电親合具体如图1.1所示[23],材料中磁化强度（M)和电极化强度(n存在相互稱合作用，当在磁场的作用下，材料的M改变的同时P也会改变；在电场的作用下，材料的P改变的同时M也会改变。因为磁电材料呈现出两种可调谐的方式，所以磁电稱合材料可能使的单一的存储器件具有四个存储状态，导致形成新的存储介质与存储方法，同时可以被用于高频微波器件，传感器与自旋电子器件[24-27]。多铁材料中磁电稱合有两种形式，一种是铁磁有序与铁电有序直接稱合在一起，一般对应于单相的多铁材料，另外一种是利用应力、电荷或者其它形式将独立的铁磁相和铁电相稱合在一起，对应于复合多铁材料。对于多

5、铁电材料的磁电效应，根据landau理论，可以利用级数展开的方法写出在磁场和电场下系统的自由能，进而对磁电效应进行描述[20,23]。.第二章测试仪器简介2.1X-ray衍射仪X射线的波长用人的肉眼是看不见的，但它却能使照相底片感光，并且能使铀氰化钡等物质发出可见焚光，使气体电离等等，人们利用它的这些特性可以对其进行探测。利用X射线实现的X-ray衍射仪（X-raydiffraction,XRD)是最基本的一种研究材料的晶体结构的手段，被广泛的应用在分析物相结构上[1,2]。衍射峰实际上是由晶体结构中晶面对X-ray散射后互相干涉得到的结果。其相互关系满足布拉格方程：=

6、当满足这个条件时，就会产生衍射峰。当实验上得到一系列衍射峰的时候，不同的衍射峰对应于不同的晶面间距，通过理论计算一组衍射峰就能确定材料的晶体结构，也可以通过对比标准卡片来确定样品的相结构。图2.1为X-ray衍射仪的结构示意图。我们使用的XRD是philipx'pertX射线衍射仪，X射线波长为1.54056A和1.54439A的Cu紀福射源的福射。该仪器有两种测试模式，一种是聚焦光模式，另外一种是平行光模式，分别用来测试粉末样品和薄膜样品。粉末样品测试前最好将样品研成小颗粒，这样得到的结果更准确。薄膜样品因为样品很薄，小于X射线的穿透深度，利用小角度入射光可以

7、增加样品的信号量。同时可以利用Sherrer公式(m=ld/Bcos6、计算样品的晶粒大小。其中m为晶粒大小，k为Sherrer常数，为x-ray波长，B为衍射峰线宽。如果得到精细的XRD图谱可以利用软件精修得到更多的信息。2.2X-ray光电子能谱以X射线光电子能谱仪（X-rayPhotoelectronSpectroscopy,XPS)是一种重要的表面分析手段。它可以探测样品表面的化学组成，以及表面原子所处的化学环境[4,5].XPS是一种基于光电效应的能谱测试仪，它利用X射线激发原子内层的电子进行跃迁，然后分析发出的光子，进而分析样