钛酸铅纳米线的铁电相变研究

摘要
采 用 水 热 法 合 成 钙 钛 矿 结 构 钛 酸 铅 （ ｂ ｉ￣ 纳 米 线 ． 热 温 度 对 产 物 的 形 貌 有 较 大 的 影 响 ， Ｐ Ｔ（ ） １ ￣２ ｍ． 温 Ｒ ｍａ ｂ Ｏ 纳 ０ ０ｎ 变 ａ ｎ光谱 研 究 表 明 ， 着 温 度 的升 高 ， 于 ６ ０ｃ 随 位 ０ ｍ 以上 声 子 的 振动频率变化不大 ， 而位 于低 频 的振 动 峰发 生 了 红移 或 消 失 ；Ｂ Ｏ 纳 米 线 在 ２３℃ 发 生 正 交一 四 方 的 结 构 Ｐ Ｔｉ。 ８ 转 变 ， 在 ４ ５℃ 附 近 对 应 于 Ｐ Ｔｉ。 米 线 的 四方 一 立 方 转 变 ． 而 ３ ｂ Ｏ 纳 关键词 钛酸铅 ； 米线 ； 纳 四方 性 ； 电相 变 铁 ＴＢ ４ ３ 文献标志码 Ａ
第 ３ 卷笫 １ ３ 期
２１ 年 ３ ０１ 月
湖北大学学报（ 自然 科 学 版 ）
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＨ ｕ ｅ Ｕｎｖ ｒ ｉ （ ｔｒ ｌ ｃｅ ｃ ） ｏ ｒ ａ ｏ ｂ ｉ ｉｅ ｓｔ Ｎａ ｕ ａ ｉｎ ｅ ｙ Ｓ
Ｖｏ ． ３ Ｎｏ １３ ．１
Ｍ ａ ．．２Ｏ１ ｒ ｌ
中 图分 类 号
钙 钛矿 结构 铁 电体 （ 式为 ＡＢ 。 是一 类非 常重 要 的铁 电体 ， 酸 铅 （ ｂ Ｏ。 是一 种 典 型 的钙钛 通 Ｏ） 钛 Ｐ Ｔｉ ） 矿型结 构铁 电材 料 ， 有居 里温 度高 、 向 比率 大 、 电耦 合 系数 高 、 电常数 小 等特 点 ， 为 电子 元 器 具 轴 机 介 作 件 材料 的基本 组元 ， ｂ Ｏｓ 以提 高器件 的居 里温 度 ， 一种 应用 十分 广泛 的铁 电压 电材料 口 ． Ｐ Ｔｉ 可 是 ］ 自上个 世 纪 以来 ， ｂ Ｏ 材 料 在 理 论 和 实 验 上 分 别 进 行 了广 泛 的 研 究 ， 利 用 Ｘ 射 线 衍 射 、 电 温 谱 和 Ｐ Ｔｉ 。 如 介 Ｒａ ｎ散射技 术研 究 Ｐ Ｔ Ｏ。 ｍａ ｂ ｉ 的相变 行为 ｌ ； ＿ 采用 Ｓ ｌ ｅ、 属有机 化学 气相 沉积 （ ２ ｏ— ｌ金 ｇ ＭＯＣ ＶＤ） ｒ’ 、， 反应 磁控 溅射 等方 法制备 取 向和外 延 的 Ｐ Ｔｉ 。 膜 ， 究其 介 电 、 电和压 电特 性 ｌ ； 用 Ｌ ｎ ａ ｂ Ｏ 薄 研 铁 ＿ 利 ６ ａ ｄ ｕ理论 、 Ａｂｉｉｏ统计 力 学 以及第 一 性 原理 等研 究 Ｐ Ｔ Ｏ。 米颗 粒 和薄 膜 的铁 电相 变 、 ｔ ｎｉ ｂｉ 纳 晶格 动力学 和 压 电特 性 ， 探讨 了 Ｐ Ｔｉ 薄膜 中铁 电性起 源 等 基 础性 问题 ［ ． 并 ｂ Ｏｓ ９ 此外 ， 。 有关 Ｐ Ｔｉ 。 薄 膜 中的 畴结 构 、 ｂ Ｏ 超 铁
线 的相变行 为．
１ 实验
１１ 主要原 料 ． 醋酸铅 ［ ｂ ＡＣ ２３ （］钛 酸 四丁酯 ［ （） Ｈ。 ］ 氢氧 化 钠 （ ＯＨ）无 水 乙醇 Ｐ （ ）・Ｈ ）、 Ｔｉ（ ） 、 Ｎａ 、
文章 编 号 ：０ ０ ２ ７ （ ０ １Ｏ —０ ６ — ４ １０ ３５ ２ ｌ ）１ ０ ｌ Ｏ
钛 酸 铅 纳 米 线 的铁 电相 变 研 究
胡 永 明 ， 钊 陶毅 博 顾 豪 爽 王 雨 王 ， ， ，
（． Ｉ 湖北大学物理学与电子技术学院 ， 湖北 武汉 ４ ０ ６ ；． ３ ０ ２ ２香港 理工 大学应用 物理 系， 香港 九龙 ）
电尺 寸效应 仍 是 目前 比较 活跃 的课 题 ， Ｓｒｉｅ 如 ｔｅｆ ｒ等研究 者 观察 了 Ｐ ＴＯ。 电薄 膜 中 １０的 纳米 尺 ｆ ｂｉ 铁 ８。
度条 纹畴 ｜ Ｆ ｎ 】 ｏ ｇ等研 究 者利用 同步辐 射 技术 获得 厚 约 １ ２ｎ 的 Ｐ Ｔｉ 薄 膜 仍 然具 有 铁 电性 ； 胡； ． ｍ ｂ Ｏ。 Ｎａ ｍｏ 等 研究 者从 理论上 计算 了 Ｐ Ｔｉ ａ ｕ ｖ ｂ Ｏ 纳米 片 和纳米 棒 中不 寻常铁 电相变 特征 等［ １ ． 纳 米材料 和纳 米技 术是 纳米 科技领 域 中研究 内涵 十分 丰 富 的科 学 分 支 ， 而一 维 纳 米材 料作 为基 础 研 究 占据着非 常 重要 的地位 ， 对纳米 电子 、 电子 器件等 集成 线路 和功 能元 器件 的构筑起 到非 常重 要 将 光 的作 用 ． 由于 传统 尺度 材料具 有 尺寸效 应 ， 开展这 方 面 的研 究 不仅 具 有 深 远 的理论 意 义 ， 具有 一 定 的 还 实 际意 义． ２ ０ 如 ０ ２年 ， 哈佛 大学 Ｐ ｒ ａｋ等人 采用液 相分 解法 合成 了直径 ５ ０ｎ Ｂ Ｔｉ 。和 ＳＴｉ 。纳 ～６ ｍ ａ Ｏ ｒ Ｏ 米线 ［ 他 们用 扫描探 针显 微 （ Ｐ 技术研 究 了单 根 Ｂ Ｔｉ 纳米 线径 向的极 化 翻转 和相变 特性 ， １ ， Ｓ Ｍ） ａ Ｏ。 研究
发现 ， 径为 １ ｍ 的 Ｂ Ｔｉ 纳米 线仍 然具 有铁 电性 ， 直 ０ｎ ａ Ｏ。 其矫 顽场 为 ７ｋ ｃ 此 外 ， 们用 变 温静 电力 Ｖ／ｍ． 他
显微 镜 （ Ｆ ￣ 了不 同直径 单根 Ｂ Ｔｉ 纳 米 线 的相 变 特 征 ， 果 表 明 ， Ｅ Ｍ） Ｎ试 ａ Ｏ。 结 当纳米 线 的直 径 减 小 时 ， 其 铁 电相变 温度 （ ｆ将被 抑制 ， 丁） 当纳 米线 直径 为 ３ｎ 或更 小 （ ０ ８ｎ 时 ， ａ ｉ 纳米 线在 室 温 以下 ｍ 如 ． ｍ） Ｂ Ｔ Ｏ。 仍具 有铁 电性 ｌ 因此 ， 文 中采 用水 热法 合成 Ｐ Ｔ Ｏ： １ ． 本 ｂ ｉ￣ 纳米 线 ， 变温 Ｒ ｍａ 谱研 究 Ｐ Ｔｉ 。 米 用 ａ ｎ光 ｂ Ｏ 纳