研究人员实现无铅钛酸钡薄膜铁电性能大幅提升

日期： 2025-01-24

浏览次数: 630

来源：科学网

近日，哈尔滨工业大学深圳校区材料科学与工程学院教授陈祖煌团队在铁电薄膜领域取得新进展，研究成果发表在《科学进展》上。研究团队利用脉冲激光沉积工艺，在氮气生长气氛中，成功制备了高质量氮掺杂钛酸钡（BaTiO3）铁电薄膜，并实现了钛酸钡铁电性能的显著增强。

目前，化学掺杂调控铁电性通常以阳离子掺杂为主，而阴离子掺杂由于合成困难，通常较少涉及。在可供选择的阴离子中，氮离子和氧离子具有非常相似的电子结构和离子半径。然而，氮气中氮原子间具有很强的共价键，其与氧化物之间的直接反应需要非常高的能量。因此，与阳离子取代的钙钛矿氧化物不同，在惰性氮气气氛中，通过传统的固相反应很难直接合成氮掺杂的钙钛矿氧化物。

近年来提出的高温氨化反应和低温拓扑化学反应等方法虽可实现氮掺杂，但这些合成方法主要以氨气作为氮源，导致在反应的过程中金属阳离子容易被还原，并极易引入氢元素，导致漏电流密度增加，极不利于材料的铁电性。

对此，陈祖煌教授团队利用脉冲激光沉积工艺，在氮气生长气氛中成功合成了氮掺杂钛酸钡铁电薄膜。研究人员发现，随着生长气氛中氮气浓度的增加，BaTiO3薄膜的绝缘性有了极大的改善，其漏电流密度最高下降了2个数量级；结合第一性原理计算发现与钛-氧相比，钛-氮之间具有更强的杂化作用，它能有效增强钛的离子位移。

相应地，氮掺杂钛酸钡薄膜的极化强度达到约70微库伦每平方厘米，比钛酸钡块体高3倍，薄膜的居里温度达到约940℃，比块体材料高约7倍。

该研究工作不仅为合成氮氧化物提供了一种有效的策略，而且表明了氮掺杂的钛酸钡薄膜在高温无铅铁电领域具有广阔的应用前景，进一步展示了阴离子调控在实现材料性能显著提升方面的巨大潜力。（来源：中国科学报刁雯蕙）

相关论文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.ads8830

上一篇：中国科学院赣江创新研究院莫兆军团队：钙钛矿型Eu(Ti,Nb,Zr)O3化合物的下一篇：稀土联合支部向大家拜年！

Hot News / 相关推荐

协会参加2026上海进出口公平贸易工作会议并作交流发言

2026 - 07 - 21

点击次数: 6

2026年7月20日下午，市商务委召开2026上海进出口公平贸易工作会议。市商务委副主任王超出席会议并讲话。会上，商务部贸易救济调查局、上海海关相关负责同志及实务专家分别就贸易调整援助政策及进口贸易救济调查、非关税减让措施、出口管制和经济制裁的新动态与应对等内容作授课。全市各区商务部门的相关负责同志，以及全市近50家进出口公平贸易工作站负责人员，共计80余人参会。上海市稀土协会秘书长崔中倪在会上作...

协会参加2026上海进出口公平贸易工作会议并作交流发言

2026 - 07 - 21

点击次数: 4

四津-自由基-桥式镧系配合物：从二核到三核单分子磁铁

2026 - 07 - 21

点击次数: 6

来源：X-MOL镧系系 4f 轨道的固有屏蔽导致磁交换弱，这一根本性限制可以通过使用自由基桥配体来解决。在这项工作中，我们采用了电子缺失配体 3,6-bis（2,2′-二吡基）-1,2,4,5-四甲苯（bbpytz），并通过有意控制 bbpytz 和 Ln（acac）3 的化学计量，制备了一系列二核和三核镭系配合物。该方法得到了双核复形 [LnIII2（bbpytz•–）（μ2–OH）（acac）...

由水分诱导的单晶到单晶转变引发的三维镧系有机框架剧烈结构剧变

2026 - 07 - 21

点击次数: 6

来源：X-MOL由于配位键的不稳定性以及配位数和几何形状的变化，镧系-有机框架（LnOFs）在外部刺激（光、热和溶剂）下常会发生单晶到单晶（SCSC）的转变。然而，室温湿度（RT）诱导的 SCSC 转变在三维 LNO 中仍然极为稀少。本文报告了两个三维 LNOF 中 RT 中由湿度诱导 SCSC 转变的罕见实例。针状 SCs，（NH 4 ）[LnL 2 ]·4DMF（Ln = Eu，1;...