23221字硕士毕业论文物理论文参考材料:二元和多元金属氧化物材料的微观结构和物理性能分析

介绍

功能材料是新材料研究领域的核心。它涉及现代高科技及其产业，如信息技术、能源技术、纳米技术等。它在促进和支持高新技术发展、推动民族传统产业跨越式发展方面发挥着重要作用。金属氧化物功能纳米材料不仅具有纳米材料共有的量子尺寸效应和其他特性，而且具有自身优异的电学、光学和磁学性能。它们在光电器件、存储器件、催化、传感器等前沿领域具有广阔的应用前景。其中，具有铁电和铁磁性质的魏氏氧化钛功能材料因其组成和结构的变化而具有多功能性，已成为以往研究的热点。此外，量子点和纳米光电子器件的制备和研究也带来了具有光电性能的金属氧化物半导体材料的研究高潮。本文主要研究了具有铁电、铁磁和光电性能的二元和多元金属氧化物功能材料的微观结构和物理性能。研究对象是四元Baa75Sr()。随着人们对金属氧化物功能材料的性能、结构和制备之间关系认识的加深，材料的可控制备引起了研究者的极大关注，而对其微观结构以及微观结构与物理化学性能之间关系的研究却较少，并且仍然缺乏关于微观结构缺陷对物理性能影响的直接实验数据。

本文利用高分辨率透射电子显微镜技术，对Bao . 75sr 25 ti 03铁电外延膜、SmosCaosMnOs铁磁外延膜、TiOj纳米粒子和有机/TiC杂化纳米材料的微观结构进行了细致的研究，并对它们的物理化学性质进行了研究。研究了铁电薄膜中微结构缺陷对其介电性能的影响、衬底取向对铁磁薄膜电荷有序行为的影响以及微结构缺陷对Ti02纳米粒子光催化性能的影响。高分辨率透射电子显微镜为解决微观结构与物理性能的相关性提供了一种直观有效的方法。研究金属氧化物功能材料的微观结构和物理性能，对于研究纳米功能材料的制备和应用以及微观结构对物理性能的影响具有重要的理论意义。铁电和铁磁金属氧化物功能材料的制备、微观结构和物理性能的研究是一个前沿研究领域，为可调谐微波器件和动态随机存取存储器的制备和研究提供理论指导。二氧化钛纳米粒子和有机/二氧化钛杂化纳米材料的制备及其微观结构的研究为解决能源危机提供了理论指导和技术支持，对促进光伏太阳能电池等地方和行业的跨越式发展具有重要的现实意义。

第一章总结

1.1金属化氧化物薄膜研究综述

近几十年来，金属氧化物外延膜作为凝聚态物质科学中最具影响力的研究对象之一，引起了广泛关注，尤其是高温超导性和超巨磁电阻效应的发现，掀起了金属氧化物外延膜[1气体和猛氧化物re、_xAxMn03(其中Re指稀土元素，A指碱土金属元素)膜的研究高潮。当施加外部磁场时，超巨磁阻材料的电阻会发生很大变化。掺杂的剧烈氧化物混合了Mn3+(3d4)和Mn4+pci3的电价。在双交换机制中，例如电子可以作为移动电荷载流子与局部自旋Mn4+(S=3/2)离子相互作用。当顺磁性自旋发生时，移动电荷载流子的跳跃可以避免巨大的局部淹没规则交换能量(值得注意的是，如果锰自旋不平行或者m-n-0-锰键弯曲，电子转移更加困难，转移速率降低)。基于此，我们发现超巨磁阻材料的半铁磁性质的理论计算和实验研究发现，小极化子效应，包括贾恩-泰勒畸变，在材料的转变和传输特性的测量中起着重要作用。总的来说，金属氧化物功能材料的研究非常重要，因为它们为促进新材料和新特性的研究提供了便利，从而为研究材料的结构、电性能、磁性能和传输性能及其关系提供了重要的理论指导意义。由于大多数技术应用需要对具有生长基底的薄膜进行研究，因此制备具有生长基底的薄膜并准确掌握薄膜的物理和化学性质尤为重要。自从第一个高温超导体的制备以来，薄膜材料的制备引起了广泛的兴趣。这也导致了以制备高质量超导薄膜为导向的各种薄膜制备技术的快速发展，包括溅射、分子束外延和金属有机化学气相沉积，但最广泛使用的方法是脉冲激光沉积(PLD)。脉冲激光沉积广泛用于制备高温超导薄膜和氧化物薄膜，因为它们的晶体结构大多为锐钛矿型，类似于高温超导体[5]。此外，氧化膜的结构和性能与膜中的应力状态密切相关。研究应力状态对不同物理性能(如金属-绝缘体相变、电荷有序行为、结构、微观结构和表面形貌等)的影响具有重要意义。)。超巨磁电阻效应的发现引发了锐钛矿氧化物研究的新高潮，在磁记录、磁存储等地方具有潜在的应用前景。

1.1.1氧化钛薄膜的制备

氧化钛薄膜主要采用脉冲激光沉积技术制备。脉冲激光沉积技术的原理相对简单。脉冲激光束用于烧蚀陶瓷鞋材料，等离子体在背景大气(通常是氧气)中产生。等离子体积聚并沉积在加热的衬底上。用于制备金属氧化物薄膜的典型激光束是氟化氪a=248纳米、氯化气体(= 308或氟化氩a = 193nm纳米)的紫外激发离子束。通常情况下，65Cao.35Mn03薄膜通过两个钕钇铝石榴石激光束交叉沉积在镧基底上。然而，高压氧气氛不利于ffl反射高能电子衍射系统实时控制薄膜沉积过程中不同阶段的生长。较高氧化态的Z气氛(如原子氧或臭氧气氛)和微分植物系统可以用来减少通过高氧气氛的电子，并且可以控制反射高能电子衍射的镜面电子束来观察振幅变化。脉冲激光沉积法实验系统示意图如图1.1所示。用这种方法可以制备高质量的氧化膜。

第二章钛酸锶钡外延薄膜的微结构缺陷及形成机理研究……13

2.1研究背景……13

2.2实验方法……13

2.3结果和讨论……14

第三章衬底取向对SmQ5Caa5Mn03外延薄膜电荷有序行为的影响……20

3.1研究背景……20

3.2实验方法……20

3.3结果和讨论……21

第四章纳米光电材料的微观结构和物理性能研究……30

4.1研究背景……30

4.2实验方法……30

4.3结果和讨论……31

结论

本论文主要研究了金属氧化物功能材料的微观结构、物理性能以及微观结构与物理性能之间的关系，如四元Bao.75Sra25Ti03铁电外延膜和SmosCaasMnOg铁磁外延膜、二元Ti02纳米粒子和多种有机/Ti02杂化纳米材料。研究结果如下:

(1)采用脉冲激光沉积法成功制备了Baa75Sra25\"n03/(001)LaA103外延膜。用高分辨率透射电子显微镜研究了Baa75Sra25Ti03外延膜的微观结构缺陷，重点研究了缺陷的形成机理。透射电镜结果表明，Bao . 75sr 25t 103薄膜存在穿位错、错配位错、线状和齿状反相畴界等缺陷。位错是由于衬底和薄膜之间的大晶格失配而形成的，反相畴边界是由于衬底(001)表面上的许多台阶而形成的，成核点位于衬底表面上的不同位置。微结构缺陷如位错、位错和反相畴界的形成增加了薄膜的介电损耗并降低了薄膜的可调谐性。

(2)利用高分辨率透射电子显微镜详细研究了Sma5Cao.5Mn03外延薄膜的微观结构，并讨论了薄膜的应变状态。由于薄膜与衬底之间的晶格失配，形成位错释放应变，在薄膜界面产生大量垂直于界面方向的位错，系统研究了Smo.sCao.sMnCVC00)SrTi03和SmQ.5Ca()。结果表明:Sm5ca 0.5 Mn 03/(100)Srti03和Sm5ca 0.5 Mn 03/(101)Srti03外延膜在室温下没有电荷有序行为；当温度降低到103 K时，在SmosCao5Mn03/(l00)SrTi03外延膜中没有发现调制结构smo . ScO . SmNO；/(101)SrTi03外延膜具有非共调结构。不同衬底取向薄膜中不同的电荷有序行为与薄膜的应力状态密切相关:如果薄膜中应力引起的结构变形能够增强贾恩-泰勒效应，薄膜将经历电荷有序转变；如果膜应力引起的结构变形与贾恩-泰勒效应相反，则膜巾没有有序的电荷转化。

参考

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