| 题名 | 钙钛矿型氧化物结构与缺陷的透射电子显微学研究 |
| 作者 | 郑士建 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009-05-26 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 马秀良 |
| 关键词 | 透射电子显微术 钙钛矿型氧化物 显微结构 缺陷 |
| 其他题名 | Microstructure Characterizations of Perovskite-based Oxides by Transmission Electron Microscopy |
| 学位专业 | 材料物理与化学 |
| 中文摘要 | 钙钛矿型氧化物是具有超导、介电、巨磁阻、压电、铁电、光电、非线性光学等丰富物理性能的功能材料，被广泛的应用于人类的社会生产、生活之中。钙钛矿型氧化物之所以具有如此丰富的物理性能是因为其结构复杂多变。现代高分辨透射电子显微术和高空间分辨率分析透射电子显微术的发展，可以使我们在原子尺度研究钙钛矿氧化物的结构和缺陷，加深对结构与性能之间关系的理解。 本文主要利用高分辨透射电子显微术、扫描透射电子显微术和X射线能量色散谱对掺杂BaTiO3块体的晶界结构及BaNb0.3Ti0.7O3、PZT外延薄膜的微观结构进行了深入研究，探讨了微观结构对性能的影响，主要研究结果包括以下几个方面： 用传统的陶瓷工艺制备具有明显异常长大现象的Y掺杂BaTiO3，并利用电子显微术对其晶界结构进行研究。研究结果发现：片状第二相Ba6Ti17O40的小晶粒出现在异常长大晶粒和相邻的基体小晶粒形成的三角晶界处，并与异常长大晶粒的{111}面有特定的外延关系。BaTiO3和Ba6Ti17O40的取向关系确定为(1 )t//(001)m、(1 2)t//(60 )m和[110]t//[0 0]m，其界面结构是由BaTiO3的{110}t和{001}t面形成的规则的原子级的台阶构成的。当晶界一侧为BaTiO3{111}面时，晶界上有一种普遍存在的0.7nm厚的晶间相。此晶间相的结构和Ba6Ti17O40类似，其与BaTiO3{111}面的界面结构和Ba6Ti17O40与BaTiO3{111}面的界面结构一致。 根据BaTiO3异常长大晶界特征指出二维形核侧向生长的长大机理是BaTiO3主要异常长大机理之一。二维形核优先发生在异常长大的{111}面与相邻的基体晶粒形成的三角晶界处。晶核在异常长大的{111}面形成后生长成平台，并沿{111}面侧向长大。当侧向生长的台阶表面为高指数晶面，且其高度在10nm左右时，台阶生长速率较大。 外延生长在（001）SrTiO3基体上的BaNb0.3Ti0.7O3薄膜具有{111}孪晶片层和高密度反相畴两大显微结构特征。反相畴的畴界可以看作1/2<110>层错。由于孪晶界和反相畴界相互作用，一方面使得孪晶界偏离了{111}面，与（001）面形成大约为62o的α角；另一方面使孪晶面沿<112>轴倾转，在<110>取向下孪晶界两侧的晶体相互重叠，出现了三倍于{111}面间距的晶格条纹。孪晶界和反相畴界相互作用的最终结果产生了非对称孪晶结构。 为了阐明MBP（morphotropic phase boundary）处PZT薄膜中的两相共存问题，对外延生长的PbZr0.52Ti0.48O3薄膜的畴结构和位错进行了研究。研究结果发现PbZr0.52Ti0.48O3薄膜中存在畴界位于{110}面的四方相90°铁电畴和畴界位于{100}面的菱方相71°铁电畴，即薄膜中四方相和菱方相共存。另外，通过对薄膜与基体界面上失配位错的分析，发现薄膜中的应变符合理论上预言的两相共存时的应变区间，即实验结果与理论预言一致。薄膜中的穿过位错是柏氏矢量为a<100>的全位错。穿过位错可以有效钉扎四方相90°铁电畴。 为了实现对材料结构和性能的控制，对外延生长的[PZT(20/80)/PZT(40/60)]5 PZT（20/80）/SRO/（001）STO和[PZT(20/80)/PZT(40/60)]10PZT（20/80）/SRO/（001）STO多层薄膜的结构进行了电子显微学研究。研究结果发现：90ºa-c铁电畴和穿过位错均起始于第一个PZT20/80和PZT40/60的界面，但是具有较厚单层的[PZT(20/80)/PZT(40/60)]5薄膜中a畴和穿过位错密度均高于具有较薄单层的[PZT(20/80)/PZT(40/60)]10薄膜，而且前者应变不均匀，有局限于PZT20/80单层的a畴，后者整个多层膜形成了均匀的应变。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 116 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/17170]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 郑士建. 钙钛矿型氧化物结构与缺陷的透射电子显微学研究[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2009. |
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