更新时间：2024-09-21 16:43
陈小兵，教授，博士，博士生导师，凝聚态物理学学科负责人。现任扬州大学广陵学院院长、中国物理学会固体缺陷专业委员会委员、江苏省物理学会副理事长、江苏省物理学会材料与电介质专业委员会常务委员、扬州市物理学会理事长、扬州市力学协会常务理事。
陈小兵，1982年毕业于原扬州师范学院物理系，获理学学士；1987年至1988年在加拿大McMaster大学工程物理系学习，获得工学硕士学位，1997年至2000年在南京大学物理学院“凝聚态物理”专业学习，获得理学博士学位。2003年7月至9月、2005年9月至2006年3月又两度赴加拿大McMaster大学工程物理系进行学术访问，2004年4月到韩国岭南大学材料工程系进行学术访问，2008年赴台北高雄师范大学、台湾中山大学和香港理工大学进行学术交流。
非易失性铁电存储器材料的研究；高温无铅压电陶瓷及薄膜的研究；层状磁电多铁单相材料的研究。
①钙钛矿铁电材料的极化开关特性、畴界动性和畴结构
用积分电流法测量了SBT、PZT薄膜材料的极化开关特性，系统研究了薄膜制备工艺、薄膜的几何尺寸对极化反转过程的影响，其中对电极面积影响开关时间的研究表明，该电极面积效应是由于开关过程中脉冲电源对薄膜样品表面输运电荷出现延迟造成的，属于非本征性质，指出了要进一步研究铁电薄膜中的本征的成核、生长速度，必须使薄膜电容器的电极面积充分小（约10–8cm2），为获得高速铁电薄膜存储器提供了理论依据；
用运动Ising模型和Monte Carlo方法对铁电多晶薄膜的本征开关特性进行了模拟，模拟中考虑了电偶极子的三维次近邻相互作用、不同晶粒中电偶极子的耦合强度、晶粒尺寸大小，电极面积和点缺陷等因素，拟合结果表明，电极面积对本征开关特性没有明显影响，并可用点缺陷起着成核中心的结果解释了气氛退火使极化开关时间减小的现象；
测量了不同频率下PZT陶瓷的介电特性与温度的关系和低频下的力学损耗谱，用畴界粘滞运动的动力学方程和相变温度的弥散性估算了PZT陶瓷材料中与开关特性密切相关的畴界钉扎力常数和粘滞系数；
用TEM对PZT中的畴结构进行了观察，发现90°畴界在电子束照射下首先在界面处成核并以forward方式生长。
② 掺杂和共生对铋系层状钙钛矿铁电材料的改性研究
A位掺杂：通过用系元素La，Nd，Dy，Sm等对铋系层状钙钛矿材料Bi4Ti3O12，SrBi4Ti4O15和Sr2Bi4Ti5O18进行A位掺杂，发现如下共同规律：
（1）所有La系元素掺杂后的铋层状材料，其剩余极化均表现出先增大，后减小的共同规律
（2）所有材料的居里温度在掺杂后均出现线性下降，部分材料的居里温度降低有拐点，并对应其他性能的突变；
（3）剩余极化出现拐点时，材料的另外一些性能也相应出现拐点；
（4）薄膜材料的抗疲劳性能在A位掺杂后均得到改善。
材料剩余极化增加的原因主要是掺杂抑制了氧空位的浓度，减低了氧空位的动性，而掺杂同时也导致了晶格畸变程度的减小以及破坏了铋氧层的绝缘层作用和空间电荷补给作用，这些因素的共同作用导致了剩余极化出现先增加后减小的共同规律。通过对La掺杂SrBi4Ti4O15陶瓷样品的Raman光谱研究，发现La离子在铋氧层和类钙钛矿层存在位置选择性，而XPS能谱的分析显示A位掺杂确实降低了样品中的氧空位浓度。
B位掺杂：通过用高价元素V、Nb、Mo和W等对Bi4Ti3O12、SrBi4Ti4O15薄膜和陶瓷材料的B位掺杂，发现高价施主掺杂能显著提高材料的剩余极化，提高材料的耐压能力，同时对材料的热稳定性没有明显损害，这主要是因为掺杂一方面抑制了氧空位的浓度，一方面降低了氧空位的动性，从而导致可翻转畴的增加所致。在V掺杂Bi4Ti3O12陶瓷的X射线衍射谱中发现，随掺杂量的增加，在V=0.03时，样品的微结构发生从正交到四方的转变，这使得材料中微公司应力最小，从而改善了材料的性能。在V掺杂SrBi4Ti4O15陶瓷的铁电性能测量中发现，随掺杂量的增加，样品耐压能力显著增加。在V掺杂SrBi4Ti4O15薄膜的抗疲劳测试中，我们发现适量V掺杂显著改善了薄膜在低频下的抗疲劳性能。
组构共生结构：利用Bi4Ti3O12和SrBi4Ti4O15两种类钙钛矿层数相差1层的材料组成具有特殊超晶格结构的材料，通过对其A、B位进行等价和高价掺杂，分别研究了陶瓷材料和薄膜的剩余极化和疲劳性能随掺杂量的变化关系，得出适量的镧系元素A位等价掺杂能有效提高抑制材料中的氧空位浓度，提高剩余极化值。B位高价掺杂在提高材料剩余极化的同时，还能显著改善材料在低频下的抗疲劳性能。通过利用共生结构居里温度和晶格参数与其组元材料之间的关系，计算了La掺杂量在两种组元之间的分布。
③MBi4Ti4O15压电陶瓷及多铁材料磁电性能的研究
以4层类钙钛矿层基地的无铅压电陶瓷能适用于高温压电器件。我们以M=Sr，Ca，Ba等材料为改性原材料，通过（1）以La系元素La，Nd，Sm，Dy等和非La系元素如In，Ga等对它们进行A位掺杂，（2）利用W，Nb，V，Mo等对它们进行B位高价取代，（3）通过组构Bi4Ti3O12-MBi4Ti4O15共生结构来提高它们的压电性能。我们还通过采用多次预合成等工艺手段来提高它们的综合压电性能，取得一些进展，已递交两项国家发明专利，我们所提出的方法对压电系数的提升极为明显，对压电性能改善的机理研究合理。首次用实验数据证实了掺杂所导致的在4层及其共生结构中氧缺位的减少，首次制备了性能优良的4层铋层状薄膜，显示出优良的低频抗疲劳特性，首次用多次预合成的方法制备出了取向陶瓷。
④单相多铁性层状磁电材料的制备和性能研究
注意到多相复合磁电材料的研究思路主要是让铁电性和铁磁性由不同的材料单元来激发，借助于他们之间的乘积效应来获取好的磁电性能。基于此考虑，结合我们长期在铋系层状钙钛矿铁电材料研究领域所积累的经验，我们设想通过适当的方式（物理的和化学的）将具有较好铁磁性能的FeO和CoO单元植入铋层状材料的类钙钛矿层中形成新型层状结构磁电材料，充分利用Fe、Co之间的耦合来产生较大的剩余磁化。
研究工作概括为两方面：其一，是制备BiFe0.5Co0.5臭氧（BFCO）陶瓷，我们发现该材料室温下的Mr（0.55 emu/g）显示其具有较强的铁磁性，但对其结构和较大磁性的来源尚不清楚。其二，我们进一步试制了把FeO和CoO团簇等比例植入BIT的新型材料Bi5Ti3Fe0.5Co0.5O15陶瓷，我们发现，在BIT的类钙钛矿层中，FeO和CoO团簇如我们所料形成了八面体结构，宏观上Aurivillius相已经成立，这一点除了通过XRD谱验证外，还能从HRSEM中进一步得到有力的确认。特别是样品室温下具有明显的铁磁性，显示出诱人的应用前景。
主持的科研课题有：
（1）国家自然科学基金，层状钙钛矿铁电材料剩余极化机理研究（28万元，负责人批准号：10274066）
（2）江苏省自然科学基金项目，MBi4Ti4O15基高性能无铅压电陶瓷的研制（8.5万元，BK2005052）
（3）江苏省六大人才高峰项目：“高性能SrBi4Ti4O15铁电、压电薄膜研究”（经费3万元）
拥有专利技术：
1． 陈小兵，孙慧，朱骏，毛翔宇，方洪，“高性能La，V共掺SrBi4Ti4O15铁电薄膜”
2． 毛翔宇，陈小兵，王伟，“制备钛酸铋取向陶瓷的固相烧结工艺方法”
▲《Plasmon-enhanced luminescence in Yb3+:Y2O3 thin film and the potential for solar cell photon harvesting》，Appl. Phys. Lett. 94, 193110(2009)， 2009年
▲《Aliovalent B-site modification on three- and four-layer Aurivillius intergrowth》，J Appl. Phys. 103, 044102，2008年
▲《Structural andelectrical characterization of chemical-solution-derived Bi5FeTi3O15 thin films 》，J. Phys. D: Appl. Phys. 41, 155418，2008年
▲《Electrical and magnetic properties of Bi5FeTi3O15 compound prepared by inserting BiFeO3 into Bi4Ti3O12》，Solid State Communications 147, 186，2008年
▲《Effect of Nd modification on electrical properties of mixed-layer Aurivillius phase Bi4Ti3O12-SrBi4Ti4O15》，J. Appl. Phys. 102(2), 024102
，2007年
▲《Properties of tungsten doped Bi4Ti3O12-SrBi4Ti4O15 intergrowth ferroelectrics》，Materials Research Bulletin 42, 274，2007年
▲《Notable enlargement of remnant polarization for fatigue-free SrBi4Ti4O15 thin films by La-substitution》，J Sol-Gel Sci. Technol. 43(1), 125(2007)，2007年
▲《Properties of Nd-substituted SrBi4Ti4O15 ferroelectric ceramics”》 ，Journal of Physics D: Applied Physics 39, 370，2006年
▲《Large remnant polarization and excellent fatigue property of vanadium-doped SrBi4Ti4O15 thin films”》，J Appl. Phys. 100, 074102，2006年
▲《Raman and X-ray photoelectron scattering study of lanthanum-doped strontium bismuth titanate》，Acta Materialia53, 3155，2005年
我院召开教学工作会议.扬州大学广陵学院.2024-02-16
扬州大学广陵学院来中北学院学习交流-阳光网.南京师范大学阳光网.2024-02-16