铁电材料研究小组-青岛大学物理科学学院

铁电材料研究小组

1.课题组组长简介

卢朝靖，男，1965年10月生，青岛大学二级教授，

山东省泰山学者特聘教授，博士生导师，中国物理学会固

体缺陷专业委员会委员、中国电子显微镜学会理事、中国

硅酸盐学会溶胶-凝胶分会理事、青岛大学物理科学学院

微电子科学与工程系主任。

1987毕业于武汉大学光学专业，获学士学位；接着在

武汉大学固体物理专业攻读硕士学位三年；其后在湖北大学任教。1994.09–1997.09在南京大学物理系凝聚态物理专业攻读博士学位, 师从王业宁院士；接着在中国科学院物理研究所北京电子显微镜实验室随郭可信院士和王中林教授做博士后两年。2000年在德国微结构物理马普研究所做博士后，接着在美国国家标准技术研究所(NIST)任客座研究员两年。2003.01-2007.12被聘为湖北省“楚天学者计划”特聘教授，回到湖北大学工作。其间被评为湖北省有突出贡献的中青年专家，入选教育部新世纪优秀人才支持计划，两次荣获湖北省自然科学奖二等奖（其中2006年排名第一）。2007年底调入青岛大学。

已主持承担国家自然科学基金课题4项，省部级纵向科研课题逾15项，包括教育部新世纪优秀人才支持计划、山东省自然科学杰出青年基金资助项目。在铁电薄膜的取向控制生长、铁电畴结构及其动力学、光电功能薄膜的显微结构与生长机制等领域取得了一系列创新成果，在Appl. Phys. Lett.等国际知名学术刊物上发表SCI论文逾80篇，其中绝大部分为第一作者或通讯作者。累积被他人引用超过1000次。

2．研究方向及研究进展

主要在钙钛矿型铁电压电材料领域，从事透明电光陶瓷与压电陶瓷、铁电畴结构及其动力学、铁电薄膜的取向控制生长、以及单相多铁性新材料探索研究。

取得的代表性成果：1) 铁电薄膜的取向控制生长。直接在金属电极上，用sol-gel工艺分别生长了三种择优取向的层状钙钛矿型BNdT铁电薄膜，从其电学大各向异性推断BNdT的自发极化靠近a轴，否定了韩国学者在Phys. Rev. Lett.论文上称靠近c轴的结论。在Appl. Phys. Lett.上发表论文3篇。2) 钨青铜型CBN-28单晶的弛豫铁电相变。发现该单晶在252 °C发生正常铁电→弛豫铁电体转变，用透射电镜观察到对应此相变的宏畴→微畴转变，对理解弛豫铁电和弥散相变有重要意义。在Appl. Phys. Lett.上发表论文3篇。3) 铁电薄膜中畴结构及

其可动性的晶粒尺寸效应。发现决定多晶铁电薄膜中畴结构的根本因素是晶粒尺寸而非膜厚，小晶粒(<150-200 nm)中的单畴较稳定，粗晶粒中的90 畴壁容易移动，从而解释了铁电介电性能的尺寸效应。在Phys. Rev. B上发表论文2篇。

近三年取得的较重要进展

PMN-PT基透明电光陶瓷的常压烧结制备。这种

陶瓷有优异的电光性能，在激光、光通信和军事领域

有诱人的应用前景，目前仅美国一家公司热压烧结成

功，并产业化生产销售。我们用普通炉子常压烧成了

高度透明的PMN-PT陶瓷，厚0.8mm的陶瓷在1550nm

波长处透光率~67%，接近理论极限。初步测量观测到

电光效应，二次电光系数已达4×10-16m2/V2。同时，我们还热压烧成了透光率~71%高度透明的PMN-PT陶瓷。拟进一步优化烧结工艺和元素组成，制备出高性能PMN-PT基透明电光陶瓷，实现产业化。

含Bi层状钙钛矿型铁电体中畴开关致极化疲劳的机理研究。首先用电子衍射确定Bi4Ti3O12基单晶在室温铁电相属单斜结构，空间群是B1a1。接着用群论分析预言，该类铁电体中可能存在11种畴壁类型，包括5种铁电畴壁、反相畴界、以及反相畴界与这5种铁电畴壁的耦合。最后着重用透射电镜比较研究了Bi4Ti3O12及其稀土掺杂后的畴结构不同，并原位观察了外场作用下畴壁的可动性差异，从而揭示了Bi4Ti3O12中畴开关易致极化疲劳，而稀土掺杂Bi4Ti3O12耐疲劳的原因。已在J. Appl. Cryst.上发表论文一篇，另3篇论文手稿在整理中。

3．学术梯队

本小组现有教师6名，其中教授1名、副教授1名、讲师/博士3名、讲师/在职博士生1名；现指导研究生7名。

4．科研条件

拥有化学合成纳米粉体、溶胶凝胶制膜、热压烧结陶瓷、熔盐法生长单晶的全套设备，用现有的铁电测试系统、低频阻抗分析仪和压电系数测量仪等精密仪器，配合先进的CRX-6.5K型探针台，可以在10K-675K温度范围表征薄膜和块体样品的铁电、介电、压电等性能。此外，借助培育基地公共平台上的X射线衍射仪和高分辨透射电镜等大型分析仪器可以观察样品的显微结构。

样品制备实验室

性能测量实验室

快速热处理炉

铁电测试仪

精密阻抗分析仪

低温探针台

5．科研项目(近五年)

本课题组近五年主持承担在研的国家自然科学基金面上项目3项、青年基金1项、国家自然科学基金重点项目《铁电薄膜及其存储器中界面与应变效应研究》子任务1项、中国博士后基金2项、山东省杰出青年基金一项、山东省优秀中青年科学家科研奖励基金课题1项、山东省自然科学基金1项、山东省教育厅高等学校科技计划课题1项、青岛市科技计划基础研究课题3项。

1)国家自然科学基金面上项目：直接在金属底电极上取向控制生长Bi系层状钙钛矿型多铁

薄膜，83万元，主持人卢朝靖，2015.01-2018.12

2)国家自然科学基金面上项目：含Bi层状钙钛矿型铁电体中畴开关疲劳机理的原位透射电

镜研究，75万元，主持人卢朝靖，2012.01-2015.12

3)山东省自然科学杰出青年基金: PMN-PT单晶纤维及其1-3型压电复合材料的制备与性

能研究，50万元，主持人卢朝靖，2008.12-2011.12；

4)青岛市科技发展计划：电光调制器件用PMN-PT透明陶瓷制备关键技术，8万元，主持

人卢朝靖，2012.01-2014.09

5)国家自然基金面上项目： Bi4LaFeTi3O15系材料的制备及其多铁性能研究, 76万，主持

人宿杰，2014.1-2017.12。

6)国家自然科学基金青年基金：PMN-PT基透明陶瓷的无压烧结制备与电光性能调控研

究, 28.5万元, 主持人张永成，2016.01-2018.12.

7)山东省优秀中青年科学家科研奖励基金: Bi4LaFeTi3O15单晶的生长及其多铁性能研

究，6万元，主持人宿杰 2014.1-2015.12。