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http://hdl.handle.net/10773/11829
Title: | Multiferroic behaviour of bismuth ferrite porous thin films |
Other Titles: | Comportamento multiferroico de filmes finos porosos de ferrite de bismuto |
Author: | Skiadopoulou, Styliani |
Advisor: | Ferreira, Paula Celeste da Silva Vilarinho, Paula Maria Lousada Silveirinha |
Keywords: | Engenharia de materiais Filmes finos Materiais porosos Ferromagnetismo |
Defense Date: | 30-Jul-2013 |
Publisher: | Universidade de Aveiro |
Abstract: | An enormous contribution in the scientific community of material engineering is
being made by the exceptionally rapid evolution of the field of multifunctional
materials. Multiferroics combine simultaneously at least two of the three ferroic
properties: ferroelectricity, ferromagnetism and ferroelasticity. Magnetoelectric
multiferroics’ ability of magnetic field manipulation via electric fields or vice
versa can be extremely promising for information storage applications, leading
to thinner, as well as flexible devices, with significantly high energetic
efficiencies and elevated capacities.
The aim of this work is the preparation and characterization of bismuth ferrite
porous thin films, having as further objective to be able to serve as matrices for
future functionalization. The strategy of this work consists of: a) dense film
preparation with varying deposition velocities, b) porous film preparation with
varying solution template quantities, inorganic precursor concentration and
deposition velocities. Annealing temperature studies were also required, for the
obtainment of the desired properties and control of microstructure. The
methodologies for the film preparation in use were: a) sol-gel process, b)
Evaporation Induced Self-Assembly (EISA), for the induction of porosity, and c)
dip-coating technique.
A series of dense films with varying deposition velocities were produced,
serving as means of comparison for the porous thin films. Increasing the sol-gel
deposition velocity led to increasing thickness. Piezoresponse Force
Microscopy (PFM) characterization was conducted, revealing the expected
ferroelectric domains. By the same technique, local piezoelectric hysteresis
loops were obtained, showing increase of polarization saturation with
increasing thickness. Lastly, magnetic moment measurements were carried out
by the use of Superconducting Quantum Interference Device (SQUID),
presenting decrease of remnant magnetization with increasing thickness.
Varying template concentration was introduced in order to obtain a
homogenous porous network. Homogeneity and lack of cracks in the films were
successfully achieved, by decreasing solution template mass, for a given
solution concentration. Thermal treatment studies revealed loss of porous
network ordering at elevated annealing temperatures, required for the
obtainment of crystallization and enhanced multiferroic properties. Local
piezoelectric hysteresis loops showed increase of the effective piezoelectric
coefficient with increasing thickness. SQUID characterization presented
increasing remnant magnetization with increasing porosity. Lastly, increasing
inorganic precursors concentration resulted in better control of porosity order
and increase in the piezoelectric coefficient. Uma enorme contribuição na comunidade científica da Engenharia de Materiais tem sido feita pela evolução excecionalmente rápida no âmbito dos materiais multifuncionais. Os multiferróicos combinam simultaneamente pelo menos duas das três propriedades ferróicas: ferroeletricidade, ferromagnetismo e ferroelasticidade. Os multiferróicos magnetoelétricos que permitem a manipulação do campo magnético através do campo elétrico e vice versa são extremamente promissores para aplicações de armazenamento de informação, levando a dispositivos mais finos e flexíveis com eficiência energética significativamente mais alta e elevadas capacidades. O objetivo deste trabalho é a preparação e caracterização de filmes porosos de ferrite de bismuto, com vista a serem capazes a uma futura funcionalização. A estratégia deste trabalho consiste: a) preparação de filme denso variando a velocidade de deposição, b) preparação de filme poroso variando o template da solução concentração do precursor inorgânico, e velocidades de deposição. Os estudos sobre temperatura de calcinação são também necessários, para a obtenção das propriedades requeridas e o controlo da microestrutura. As metodologias para a preparação dos filmes foram: a) sol-gel, b) Evaporation Induced Self-Assembly, para a indução da porosidade, e c) dip-coating. Foi preparada uma série de filmes densos variando a velocidade de deposição, servindo como meio de comparação para os filmes porosos. Aumento da velocidade de deposição resulta em aumento da espessura dos filmes. Foi utilizada a caracterização por piezoresponse force microscopy (PFM), revelando domínios ferroelétricos como esperado. Pela mesma técnica, foram obtidas curvas de histerese piezoelétricas locais mostrando o aumento da saturação da polarização com o aumento da espessura. Por fim, as medidas dos momentos magnéticos foram obtidos através do Superconducting Quantum Interference Device (SQUID), apresentando uma diminuição da magnetização remanescente com o aumento da espessura. A variação da concentração do template foi introduzida de modo a obter uma porosidade homogénea. A homogeneidade e ausência de fissuras nos filmes foi conseguida com sucesso pela diminuição da massa do template da solução, para uma determinada concentração da solução. Os estudos do tratamento térmico revelou a perda da porosidade ordenada para temperaturas mais elevadas, necessárias para a obtenção da cristalização e melhoria das propriedades multiferróicas. As curvas de histerese piezoelétrica local mostraram um aumento do coeficiente efetivo piezoelétrico com o aumento da espessura. A caracterização por SQUID apresentou um aumento da magnetização remanescente com o aumento da porosidade. Por fim, o aumento da concentração dos precursores inorgânicos resulta em um melhor controlo da ordem da porosidade e aumento do coeficiente piezoelétrico. |
Description: | Mestrado em Engenharia de Materiais |
URI: | http://hdl.handle.net/10773/11829 |
Appears in Collections: | UA - Dissertações de mestrado DEMaC - Dissertações de mestrado |
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