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oe1(光电查) - 科学论文

34 条数据
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  • 高Tc BiScO3-BiFeO3-PbTiO3的构建及其在氧气气氛中烧结增强的压电性能

    摘要： 通过在高居里温度（Tc ～ 830 °C）的BiFeO3引入0.36BiScO3-0.64PbTiO3二元体系，构建了高温压电陶瓷0.36[(1 ? x)BiScO3-xBiFeO3]-0.64PbTiO3。微观结构方面，低熔点BiFeO3作为烧结助剂降低了陶瓷烧结温度并显著增大晶粒尺寸。同时晶体结构从初始的准同型相界向四方相区偏移，且随着BiFeO3含量增加Tc逐渐升高。在常规空气气氛烧结条件下，x=0.3样品的Tc可达～500 °C，压电常数d33为125 pC/N；相比之下，相同组分在氧气氛中烧结的样品d33提升至165 pC/N，这主要源于有助于提高极化电场的氧空位含量降低。此外，氧烧结试样在室温至450 °C宽温域内呈现优异热稳定性，表明其是超高温度压电器件应用的有力候选材料。

    关键词： 高温压电陶瓷、热稳定性、BiScO3-BiFeO3-PbTiO3体系、氧气气氛烧结、压电性能

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 氧空位诱导的Bi<sub>1-x</sub>Ca<sub>x</sub>FeO<sub>3-δ</sub>纳米颗粒陶瓷光电导增强：实验与理论结合研究

    摘要： 基于实验与密度泛函研究，我们发现调控氧空位（OV）可大幅增强BiFeO3（BFO）材料的光电导率。通过在BFO结构中Bi3+位点掺杂异价阳离子Ca2+，可提高氧空位浓度。此外，减小颗粒尺寸能增加无序晶界处的氧空位浓度。对放电等离子烧结制备的Bi1-xCaxFeO3-δ陶瓷进行光电导测试显示，当x=0.1时光电导率提升四个数量级。变温Nyquist图表明阻抗随Ca2+浓度增加而明显降低，证实了氧空位的关键作用。经空气退火（AA）处理的纳米晶陶瓷光电导率显著下降2-4个数量级且阻抗大幅升高，说明晶界氧空位主要控制光电流。实际上，AA样品的激活能（0.5-1.4 eV）高于原始样品（AP，0.1-0.5 eV），因此1太阳光照下室温J-V特性显示AP样品的电流密度高出2-4个数量级。密度泛函计算揭示：体相氧空位产生的缺陷态近乎平坦、简并且离散，而表面氧空位产生的缺陷态非简并并与表面悬挂键相互作用形成离域态；高浓度空位会形成缺陷能带，使载流子实现连续跃迁从而显著提升光电导率。这些研究表明，通过调控微观结构特征及成分设计特性，对实现钙钛矿氧化物基太阳能电池的高短路电流至关重要。

    关键词： 密度泛函理论，BiFeO3，放电等离子烧结，钙掺杂，氧空位，光电导率

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 通过相场模拟理解和预测BiFeO?岛中几何约束铁电带电畴壁

    摘要： 已知铁电带电畴壁（CDWs）会破坏极化连续性，可能具有升高的导电活性。然而，畴壁处的束缚电荷可能导致其能量不稳定，因此自然形成CDWs并通过电学手段调控仍具挑战性。本研究通过相场模拟理论设计，在单方形BiFeO3纳米岛中实现了中心型四畴自发生成的CDWs。研究表明：具有中心汇聚四畴的头对头畴壁的稳定性主要取决于三个因素——约45°倾斜底边的几何约束、电边界条件以及补偿头对头畴壁所需的自由电荷屏蔽。实验证实，这种中心汇聚四畴的头对头CDWs可通过电学调控转变为中心发散尾对尾CDWs，为开发低功耗铁电畴壁纳米器件提供了指导。

    关键词： 相场模拟、电边界条件、铁电带电畴壁、BiFeO3、屏蔽自由电荷、几何约束

    更新于2025-09-10 09:29:36

  • 铁酸铋中畴壁运动与晶格应变的频率依赖性解耦

    摘要： 畴壁动力学是控制铁性材料应变机制的主要特征之一。我们在此证明，多铁性BiFeO3中由畴壁控制的压电行为与经典铁电体报道的现象存在显著差异。通过原位X射线衍射技术，我们在宽频范围内分离了多晶BiFeO3中电场诱导的晶格应变与非180°畴壁位移产生的应变。这两种压电应变机制随频率变化呈现相反趋势：晶格应变随频率升高而增大，表现出负压电相位角（即应变超前电?。?，这一异常特征此前仅在宏观压电总响应中被发现；而畴壁运动则呈现相反行为——其幅值随频率增加而减小，展现出更常见的正压电相位角（即应变滞后电场）。研究表明，不同晶粒家族中取向各异的导电畴壁所发生的电荷重分布是导致该现象的原因。

    关键词： 频率色散，BiFeO3，畴壁，压电性，晶格应变

    更新于2025-09-10 09:29:36

  • Bi<sub>1-x</sub>Nd<sub>x</sub>FeO<sub>3</sub>陶瓷中的对称性调制与增强的多铁特性

    摘要： BiFeO3被认为是最重要的室温单相多铁性材料。然而，其微弱的磁电耦合效应仍是阻碍应用的关键问题。由于BiFeO3的磁电耦合本质上受螺旋自旋结构的制约，本研究报道了通过对称性调控破坏螺旋态并转变为弱铁磁态来增强磁电耦合的方法。通过形成Bi1-xNdxFeO3固溶体，将晶体结构从极性R3c相逐步调控至极性Pna21相，最终转变为非极性Pbnm相，并检测到两个形变相边界（MPBs）。在接近MPBs的组分中，Bi1-xNdxFeO3陶瓷不仅获得了显著增强的铁电极化强度，还呈现出理想的弱铁磁特性。磁力显微镜观测证实了磁态从反铁磁（螺旋态）向铁磁（倾斜反铁磁）的转变。更有趣的是，结合实验与基于第一性原理的模拟，我们证明了从Pna21相经电场诱导回到R3c相的结构-磁相变过程，为电场调控磁性提供了重要契机，且该相变经热处理后可逆。

    关键词： 多铁性材料、对称性调制、电场调控磁性、BiFeO3

    更新于2025-09-10 09:29:36

  • 采用提拉法生长纯KCl晶体及BFO掺杂KCl晶体并制备用于GHz频段的微带贴片天线

    摘要： 采用提拉法生长了大尺寸纯KCl单晶及掺杂0.1 mol% BiFeO3（BFO）的KCl单晶。通过粉末X射线衍射和单晶X射线衍射确认了结构参数，EDX分析用于测定BFO与KCl晶体的元素组成。光致发光实验证实BFO作为缺陷猝灭剂可提升KCl单晶的光学透明度。维氏显微硬度测试表明BFO掺杂提高了KCl单晶的硬度。研究了不同温度和频率下BFO对KCl晶体介电常数与介电损耗的影响。纯KCl与BFO掺杂KCl的低介电常数（分别为4.5和5.8）有助于GHz频段贴片天线的设计与制备。经BFO掺杂后，微带贴片天线的谐振频率可从KCl单晶的6.01 GHz调节至5.40 GHz。

    关键词： 直拉法、GHz应用、微带贴片天线、BiFeO3（BFO）、KCl单晶

    更新于2025-09-10 09:29:36

  • 快速热压烧结BiFeO?陶瓷的两级层次化条纹畴与增强的压电性

    摘要： BiFeO3因其迷人的铁电畴结构、大极化强度及多铁耦合等众多新奇现象，成为研究最广泛的多铁材料。然而当薄膜BiFeO3具备这些优异特性时，其压电性能却鲜少受到关注，块体陶瓷BiFeO3更从未被优先研究。本文报道了采用快速热压烧结法制备的BiFeO3块体陶瓷的铁电、压电性能及畴结构实验结果。研究表明这些性能强烈依赖于微观结构质量：在800°C烧结的样品获得最大压电系数d33=55 pC/N和高达45 μC/cm2的电极化强度，而常规条件800°C烧结样品仅分别为30 pC/N和14 μC/cm2。热压烧结样品中观察到两级分层结构的条纹状与不规则枝晶状畴结构。分析认为增强的压电性能源于更易响应电场和应变刺激的两级分层条纹畴结构，而提高的剩余极化则归因于热压烧结优化样品质量及大晶粒尺寸。

    关键词： 铁电、热压烧结、BiFeO3、多铁性、畴结构、压电

    更新于2025-09-10 09:29:36

  • 钙掺杂增强BiFeO?光电极性能：掺杂诱导相分离形成异质结

    摘要： 我们在此报道了BiFeO3通过20%钙掺杂实现光电化学性能的显著提升。研究表明，尽管掺杂通常采用低浓度（百分之几），但本工作采用的高浓度（20%）"重掺杂"被证明具有优势，能有效促进电荷分离。如此高的钙掺杂比例会引发相分离，引入Fe2O3（α/γ Fe2O3）等其他相，形成具有更优性能的异质结构光催化剂，且无需使用昂贵的稀土助催化剂。通过刮涂法制备了多晶BFO和20%钙掺杂光电极。XRD显示材料中同时存在Fe2O3相与BFO相。钙掺杂使颗粒尺寸显著减小，同步增强了铁磁性。0.75V偏压下的光电流密度因20%钙掺杂提升了五倍。电化学阻抗谱分析表明，光电流、载流子密度及电极表面反应速率的提升证实高浓度钙掺杂为光生电荷分离提供了有效机制。元素分布图显示Bi与Fe的非完全相关性符合相分离体系的预期。体系中不同相的能带排列可能形成BFO与α/γ Fe2O3间的纳米结，从而延长载流子寿命。这种低成本方法有效提升了多铁性光电极在清洁太阳能生产中的性能。

    关键词： 光电化学、异质结构、多铁性材料、BiFeO3

    更新于2025-09-10 09:29:36

  • 甘氨酸-硝酸盐合成条件下Nd1–xBixFeO3纳米晶的形成

    摘要： 采用甘氨酸-硝酸盐燃烧法制备了晶粒尺寸为30-60纳米的Nd1–xBixFeO3纳米晶体。当甘氨酸-硝酸盐合成过程中氧化剂过量时，在整个研究的浓度范围内（0 ≤ x ≤ 0.75）均能形成单相Nd1–xBixFeO3纳米晶体。在此条件下，连续组成的Nd1–xBixFeO3固溶体（空间群Pbnm）以菱方晶系结晶，且未生成燃烧中间体。而Nd1–xBixFeO3固溶体（x = 0.775, 0.8）则以菱方晶系（空间群Pbam）结晶。

    关键词： 固溶体、成核、溶液燃烧法、BiFeO3、纳米晶体、NdFeO3、相形成

    更新于2025-09-09 09:28:46

  • 三元BiFeO3?0.35BaTiO3–BiGaO3压电陶瓷的机电性能

    摘要： 本研究采用固相反应法结合水淬工艺，系统研究了BiGaO3改性的(1–x)(0.65Bi1.05FeO3–0.35BaTiO3)（BFBT35–xBG，x=0.00–0.03）无铅陶瓷的组分依赖性晶体结构、铁电性能、压电性能及温度相关的介电特性。BG掺杂成功扩散进入BFBT陶瓷晶格且未改变样品的赝立方结构。扫描电镜(SEM)结果表明BFBT体系中平均晶粒尺寸随BG含量增加而增大。在0.00≤x≤0.03组分范围内，BFBT–xBG陶瓷在500°C以上温度(Tmax)呈现最大介电常数(?max)。BFBT–0.01BG陶瓷在单极电场(5kV/mm)下测得电致应变0.125%（d*33~250pm/V）。相同组分(x=0.01)获得较大静态压电常数(d33~165pC/N)和机电耦合系数(kp~25%)。上述表征表明BFBT–BG材料适用于压电器件及高温应用领域。

    关键词： 无铅、介电、压电、铁电、BiFeO3–BaTiO3材料

    更新于2025-09-09 09:28:46