[发明专利]一种铁电性能连续、可调谐的Bi2

说明书

本发明公开了一种铁电性能连续、可调谐的Bi₂GeO₅铁电微晶玻璃及其制备方法。该玻璃按氧化物质量分数表示，包括：Bi₂O₃:60‑92%、GeO₂:8‑40%、B₂O₃:0‑35%。针对氧化物的质量比不同，选择合适的热处理温度使其析晶。当热处理温度在550‑620℃时，析出的晶体为Bi₄Ge₃O₁₂。而当热处理温度在420‑575℃时，析出的晶体为Bi₂GeO₅，并且是表面析晶，其表面结晶层厚度随热处理时间的增加而增加，直至维持在一定厚度。铁电性能随着结晶层厚度的不同而发生变化，通过控制结晶层的厚度，从而获得铁电性能连续、可调谐的Bi₂GeO₅铁电微晶玻璃。

技术领域

本发明涉及铁电材料，尤其涉及一种铁电性能连续、可调谐的Bi₂GeO₅铁电微晶玻璃及其制备方法。

背景技术

铁电材料的自发极化可随着外加电场的变化而翻转，可作为高性能信息存储与处理，并且具有非易失和读取速度快的优点，同时铁电材料又可作为光开关、热敏器件以及调制器等等。21世纪是快速发展的知识经济时代，而信息产业对经济的发展起着重要作用。信息技术的发展走向网络化、数字化，因此需要进一步提高信息传输的容量、实时信息处理的速度和信息存储的密度。而在这个过程中，铁电材料作为其中信息存储的核心，其发展速度必然影响到经济及产业格局的发展。因此铁电材料具有极其重要价值。

铁电薄膜材料根据其薄膜厚度的不同，可以实现不同的铁电性能。常见的铁电薄膜材料是通过旋涂、化学气相沉积或者物理气相沉积等方法来调控薄膜的厚度，鲜有人报道可以通过热处理温度及时间来实现这一目的。

Puripat Kantha等人(Kantha P, Pisitpipathsin N, Leenakul W, et al.Enhanced electrical properties of lead-free Bi₂GeO₅ ferroelectric glassceramics by thermal annealing[J]. Ferroelectrics, 2011, 416(1): 158-167. )研究Bi₂O₃-GeO₂-B₂O₃玻璃时，在475℃热处理18h可得到Bi₂GeO₅铁电微晶玻璃，随后在275℃和375℃分别处理4,8,12,18h,经测试发现较高温度的退火可以增加P_r值，并且随退火温度和时间的增加而略有增加。Surapong Panyata等人(Panyata S, Eitssayeam S,Rujijanagul G, et al. Electrical properties of bismuth germanate (Bi₂GeO₅)ferroelectric glass-ceramics prepared by two different methods[J]. IntegratedFerroelectrics, 2019, 195(1): 187-195.)同样在研究Bi₂O₃-GeO₂-B₂O₃三元玻璃体系时，采用传统方法（即熔融冷却后热处理玻璃）以及掺入法制备Bi₂GeO₅铁电陶瓷，通过对制备方法的改进发现制备的Bi₂GeO₅铁电陶瓷的微观结构由棒状微晶转变为块状微晶。发现采用掺入法制备的Bi₂GeO₅铁电陶瓷的P_max（0.94mC/cm²）比常规法的0.73mC/cm²大。但是上述报道均没有实现Bi₂GeO₅铁电陶瓷的铁电性能连续、可调谐，通过本发明的制备方法，打破了对铁电薄膜制备工艺的认知，为铁电薄膜材料的发展具有极其重大意义。