نقدم هنا، بروتوكولا لتوليف الباريوم مسامية تيتانات (باتيو3) رقيقة بأسلوب ساعد الفاعل سول-جل، تستخدم فيها المذيلات السطح amphipathic الذاتي تجميعها كقالب عضوية.
تيتانات باريوم (باتيو3، الآخرة بريتيش تيليكوم) مادة ferroelectric أنشئت أول من اكتشف في الأربعينات من القرن الماضي والمستخدمة على نطاق واسع بسبب فيرروليكتريسيتي متوازن، بيزوليكتريسيتي، وثابت. وباﻹضافة إلى ذلك، بريتيش تيليكوم لا تحتوي على أي عناصر سامة. ولذلك، فإنه يعتبر أن مادة صديقة للبيئة، التي اجتذبت قدرا كبيرا من الاهتمام كبديل للرصاص تيتانات زركونات (PZT). مع ذلك، يفقد BT الأكبر في فيرروليكتريسيتي في حوالي 130 درجة مئوية، وبالتالي، لا يمكن استخدامه في درجات حرارة عالية. بسبب الطلب المتزايد على مواد فيرويليكتريك ارتفاع درجة الحرارة، فمن المهم تعزيز الاستقرار الحراري في فيرروليكتريسيتي في “تي. في” دراسات سابقة، السلالة التي تنشأ من عدم التطابق شعرية في واجهات المتغايرة قد استخدمت. ومع ذلك، يتطلب إعداد عينة في هذا النهج عمليات فيزيائية معقدة ومكلفة، وغير مرغوب فيها للتطبيقات العملية.
في هذه الدراسة، فإننا نقترح تجميع المواد كيميائية لمادة مسامية كوسيلة بديلة لإدخال السلالة. نحن توليف فيلم رقيقة مسامية BT استخدام أسلوب ساعد الفاعل سول-جل، استخدمت فيها المذيلات السطح amphipathic الذاتي تجميعها كقالب عضوية. من خلال سلسلة من الدراسات، أوضحنا أن الأخذ بالمسام كان لها تأثير مماثل على تشوه شعرية كريستال بريتيش تيليكوم، لأن واجهة المتغايرة، مما يؤدي إلى تعزيز وتحقيق الاستقرار في فيرروليكتريسيتي. نظراً لفعالية التكلفة والبساطة، هذه العملية تلفيق مزايا كبيرة أكثر من الأساليب التقليدية.
تيتانات باريوم (باتيو3، الآخرة بريتيش تيليكوم) مادة نموذجية من نوع بيروفسكيتي فيرويليكتريك. على الرغم من أن خصائصه ferroelectric اكتشفت في الأربعينات من القرن الماضي، فإنه لا يزال يستخدم على نطاق واسع اليوم بسبب الردود فيرويليكتريك وكهرضغطيه متوازنة وملائمة ثابت. وعلاوة على ذلك، نظراً لأن بريتيش تيليكوم مادة خالية من الرصاص، وصديقه للبيئة، اجتذبت اهتماما كبيرا كبديل للرصاص تيتانات زركونات (PZT). في درجة حرارة الغرفة، المرحلة كريستال بريتيش تيليكوم تيتراجونال، حيث نسبة ج و شعرية المعلمات (ج/) لا يساوي 1. في المرحلة تيتراجونال، شعرية بريتيش تيليكوم هو ممدود قليلاً نحو ج-الكاتيونات (با2 +، Ti4 +) والمحور والانيونات (O2−) مشردون في اتجاهين متعاكسين. نتائج هذا التشرد في استقطاب عفوية عندما بريتيش تيليكوم. يزيد درجة الحرارة إلى درجة حرارة كوري (Tc)، تحدث مرحلة انتقال إلى مرحلة مكعب. في المرحلة مكعب من بريتيش تيليكوم، والذي قد ج/ = 1، خففت التشويه شعرية، وما فيرروليكتريسيتي خسرت بسبب حياد الكهربائية التي تنشأ من التماثل انعكاس شعرية. في الآونة الأخيرة، اتسع نطاق استخدام المواد فيرويليكتريك درجة حرارة عالية. غير أن تيج بريتيش تيليكوم نسبيا منخفضة (~130 درجة مئوية) ومجمع بريتيش تيليكوم لا يفي بهذه المطالب.
زيادة تيج بريتيش تيليكوم، قد استقر في مرحلة فيرويليكتريك (تيتراجونال) من سلالة في هترو-الواجهة تطبيق. على سبيل المثال، تعزيز تشوي et al. فيرروليكتريسيتي الأفلام بريتيش تيليكوم ابيتاكسيالي تزرع في جدسكو3 (110) وركائز ديسكو3 (110) عن طريق استخدام بياكسيال إجهاد الضغط الناجم عن عدم تطابق شعرية1. ومع ذلك، زيادة تيج يقتصر على الأغشية الرقيقة جداً (عشرات نانومتر سميكة)2،3، وغير عملي لتطبيقات الجهاز.
قد وضعت لزيادة سمك الفيلم بريتيش تيليكوم مع الحيلولة دون تخفيف الضغط، سوبيرلاتيسي (الدوري هيكل الطبقات رقيقة جداً) وثلاثي الأبعاد (3D) هترو-النانو. هارينغتون et al. تصنيعه ميسوستروكتوري رأسي من بريتيش تيليكوم وخ2س3 وحصل فيلم سميكة ميكرومتر-الجدول–أمرت دون تخفيف الضغط. في هذه العينة، عفوية الاستقطاب عمودي التوجه إلى الركيزة نظراً لتوسع أونياكسيال الخلية وحدة بريتيش تيليكوم؛ وهكذا، وأبقى على استقطاب بقايا كبيرة في درجة حرارة عالية (أي.، تيج كان أكبر من 800 درجة مئوية)4. الخصائص التي تم الحصول عليها كانت مرضية؛ ومع ذلك، كان عملية معقدة ومكلفة مادية (ترسب الليزر النبضي) المطلوبة للتصنيع، وعيب للتطبيقات العملية.
كعملية تصنيع بديلة سهلة وغير مكلفة، وقد اقترحنا التوليف الكيميائي نانومترى 3D بالأخذ بحل السلائف بريتيش تيليكوم في المسام مسامية السترونتيوم تيتانات (سرتيو3، الآخرة ST) فيلم رقيقة5 . في هذه الدراسة، تم تصنيعه رقيقة مسامية ش بأسلوب سول-جل ساعد الفاعل، الذي التجميع الذاتي للفاعل amphipathic المذيلات استخدمت6،قالب عضوية7. ويتضح الأسلوب تخطيطياً في الشكل 1. بسبب رقيقة ش الحصول على بنية مسامية 3D معقدة مع مساحة كبيرة، سلالة في بريتيش تيليكوم/ش هترو-الواجهة هو أدخلت نانوي، مما يؤدي إلى تحقيق الاستقرار مرحلة ferroelectric بريتيش تيليكوم ( تيج ش/ بريتيش تيليكوم نانوي بلغ 230 درجة مئوية).
افترضنا أن المسامية يمكن إدخال سلالة في بريتيش تيليكوم مباشرة ويعزز الاستقرار الحراري من خصائص فيرويليكتريك. في هذه الدراسة، واستخدمنا أسلوب ساعد الفاعل سول-جل اختﻻق بريتيش تيليكوم المليئة بالثغرات وفحص الضغط الناجم عن المسامية. وبالإضافة إلى ذلك، نحن مقارنة الثبات الحراري بين بريتيش تيليكوم المسامية ووجدنا أن المسام أدخلت المستحث عبئا متباين، الذي ممدود شعرية كريستال بريتيش تيليكوم بريتيش تيليكوم. نونبوروس الأكبر. قد يكون هذا الأثر مواتية لتحقيق الاستقرار في مرحلة فيرويليكتريك. نظراً لأن عملية التوليف المستخدمة هنا بسيط جداً، من مزايا أكثر من العمليات الفيزيائية التقليدية للنانو المتغايرة 3D.
تقسيم الوضع1(إلى) Aفي الطيف رامان فيلم رقيقة بريتيش تيليكوم المسامية (الشكل 3b) ينشأ من إجهاد ضاغطة. وقد لاحظ هذه الميزة وضوح الأسلوب فتم (الشكل 4) وعازمة على تباين في الاتجاه [1-10] من الرسم البياني للتشويه (الشكل 5). سلالة ضاغطة على طول الاتجاه [1-10] له تأثير مشابه لحمل سلالة ضاغطة بياكسيال في السطح (001)، مما يعزز فيرروليكتريسيتي في بريتيش تيليكوم1. مسامية سلالة متباين مدفوعة الغضروفي الكريستال المشبك تجاه ج-المحور، مما تسبب في زيادة تفكك Ti4 + من مركز شعرية. هذا الاضطراب المتوقع أن تزيد هذه اللحظة ثنائي قطب كهربائي، مما يعزز بدوره طاقتها الكهربائية فيرو (بيزو). وفي الواقع، بيزوليكتريسيتي فيلم بريتيش تيليكوم ميسوبوروس أعلى من الفيلم غير المسامية8.
الضغط التي يسببها في بريتيش تيليكوم الكريستال المشبك تستقر في مرحلة tetragonal مشوهة. وهكذا، الثبات الحراري شعرية من المتوقع أن تتعزز. طيف رامان مسامية بريتيش تيليكوم رقيقة الفيلم أظهر ذروة المرحلة tetragonal الأصل (في سم 7101) يظل مرئية حتى 375 درجة مئوية، على الرغم من أن الذروة تدريجيا أصبح أضعف وأوسع نطاقا (الشكل 6b). وكان هذا الاتجاه مماثلة للتي وجدت في دراسة سابقة، التي قدرت تيج أن8من 470 درجة مئوية. وهكذا، أكدنا الافتراض بأن فعالية حرارياً استقرت سلالة يحركها المسامية في بريتيش تيليكوم رقيقة في مرحلة تيتراجونال.
من خلال هذه الدراسة، أوضحنا أن السلالة التي يتسبب فيها المسام شكلت وفقا لإجراءات كيميائية بسيطة وغير مكلفة له تأثير مشابه لتلك السلالة في واجهة هترو نشأ من عدم تطابق شعرية. هذه النتائج تقدم رواية ثاقبة الهندسة سلالة.
The authors have nothing to disclose.
أ. س. ماليا وأيد “الجمعية اليابانية” لمعونات النهوض بالعلوم (JSPS) للعلمية للبحث (كاكينهي) (المنحة رقم 26810126). يوسف يوسف تشعر بالامتنان “عمادة البحث العلمي”، جامعة الملك سعود لتأسيس عن طريق “عمادة نائب من كراسي البحث العلمي”.
زاوية واسعة زرد قياسات أجريت في “منشأة” تجهيز نانو، يدعمه تعزيز الابتكار المعدات المشتركة (الأيرلندي) الابتكار منهاج، المعهد الوطني “العلوم الصناعية المتقدمة” والتكنولوجيا (داريجا)، اليابان. قياس أطياف رامان وال أجريت المراقبة رقيقة مسامية HORIBA تكنو الخدمة المحدودة ومؤسسة “الترويج لمواد العلوم” والتكنولوجيا من اليابان (MST)، على التوالي. كما أجرى MST تصور السلالة من الصور ال. ونحن نشكر أندرو جاكسون، دكتوراه، من مجموعة ادانز (www.edanzediting.com/ac) لتحرير مسودة لهذه المخطوطة.
Diblock Copolymer PS(18000)-b-PEO(7500) | Polymer Source, Inc. | #8399-SEO | |
Acetic acid (37 wt.%) | Wako | 017-00256 | |
Tetrahydrofuran | Wako | 204-08745 | |
Barium acetate | Sigma-Aldrich | 243671-100G | |
Titanium(IV) butoxide | Sigma-Aldrich | 244112-100G | |
Reference bulk BT single crystal | Crystal Base Co., Ltd. | ||
Balance | Sartorius | ||
Hot stirrer | IKA | RCT basic | |
Spin coater | Active | ACT-300DII | |
Hot plate | As one | ND-1 | |
Muffle Furnace | Yamato Scientific Co., Ltd. | FO series | |
Scanning electron microscopy | Hitachi | SU-8000 | |
Transmission electron microscopy | Hitachi | H-9000NAR | |
Wide-angle X-ray diffraction | Rigaku | RINT-Ultima III | |
Raman microscope | Horiba | XploRA Plus |