BiFeO3基固溶體的制備及其鐵電性和磁性研究.pdf

1、多鐵性材料是指同時具有鐵電性和鐵磁性等兩種或者兩種以上鐵性的材料，其中電有序和磁有序之間有可能存在線性耦合項(xiàng)，即磁電耦合效應(yīng)。具有磁電耦合效應(yīng)的多鐵性材料可以通過外加電場調(diào)控磁性能，或者外加磁場控制電性能。進(jìn)一步結(jié)合各種調(diào)控手段的優(yōu)勢，就有可能開發(fā)出全新概念的下一代信息存儲功能器件，如多態(tài)存儲器，“磁讀電寫”硬盤等，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。BiFeO3作為一種十分具有應(yīng)用前景的室溫多鐵性材料很早就受到了人們的廣泛關(guān)注。但是在BiFeO3

2、陶瓷在制備過程中由于Bi的揮發(fā)和Fe離子價態(tài)變化易于產(chǎn)生雜相和氧空位等缺陷，導(dǎo)致體系漏電嚴(yán)重，難以獲得較好的鐵電性能;另外BiFeO3具有特殊空間調(diào)制螺旋結(jié)構(gòu)（波長為62nm）和傾斜G型反鐵磁序，使其在室溫下表現(xiàn)出極弱的反鐵磁性，這些都嚴(yán)重阻礙其潛在的應(yīng)用。為了提高BiFeO3陶瓷的電學(xué)和磁學(xué)性能，人們進(jìn)行了大量研究，并發(fā)現(xiàn)有兩種主要方式:一種是利用元素?fù)诫s，一種是BiFeO3與其他鐵電體形成固溶體。本文通過對0.6BiFeO3-0.4

3、(Bi0.5K0.5)TiO3固溶體進(jìn)行Bi位和Fe位元素替代，研究了其結(jié)構(gòu)、磁性、鐵電及磁電耦合等性質(zhì)，提高了其室溫多鐵性能。此外，通過在不同大小磁場下合成2BiFeO3-Bi4Ti3O12固溶體，探索了磁場對其生長機(jī)制和磁性等方面的影響。本文的主要研究內(nèi)容如下:
　　1.利用Pechini溶膠凝膠法制備了0.6BiFe1-xCoxO3-0.4(Bi0.5K0.5)TiO3固溶體陶瓷樣品。系統(tǒng)研究了固溶體的微結(jié)構(gòu)，介電性質(zhì)，鐵電

4、性質(zhì)，磁性能和磁介電效應(yīng)。隨著Co摻雜量的增加，在x=0.1時固溶體的結(jié)構(gòu)由R3c和P4mm共存向R3c結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。此外，Co摻雜可以有效地降低樣品的燒結(jié)溫度，促進(jìn)顆粒的生長，提高樣品的致密度，使得樣品的鐵電性能得到提高，其中x=0.15樣品的最大剩余電極化強(qiáng)度可以達(dá)到57.8μC/cm2。磁性測試結(jié)果表明，0≤x≤0.1的樣品表現(xiàn)為反鐵磁性，而x=0.15的樣品表現(xiàn)出了弱的鐵磁性，主要源于CoO6和FeO6八面體中自旋傾斜的Fe和Co子

5、晶格的Dzyaloshinsky-Moriya相互作用。
　　2.利用Pechini溶膠凝膠法制備了0.6Bi1-xLaxFeO3-0.4(Bi0.5K0.5)TiO3(0≤x≤0.2)固溶體塊體。系統(tǒng)地研究了固溶體的結(jié)構(gòu)，形貌特征，介電性質(zhì)，鐵電性質(zhì)，磁性能以及磁介電效應(yīng)。結(jié)果表明La摻雜能使0.6Bi1-xLaxFeO3-0.4(Bi0.5K0.5)TiO3固溶體保持R3c和P4mm兩相共存的結(jié)構(gòu)。所有樣品都表現(xiàn)出介電馳豫行為

6、，并且介電峰值都能用Vogel-Fulcher公式擬合。由于Bi含量的減小，La摻雜樣品的鐵電極化值減小，但是樣品的磁性隨著La含量的增加而增強(qiáng)。由于La3+離子部分取代Bi3+導(dǎo)致結(jié)構(gòu)畸變，自旋螺旋結(jié)構(gòu)被打破，使得反平行排列的Fe3+離子自旋傾斜，從而產(chǎn)生凈磁矩。當(dāng)La摻雜量x=0.2時，材料的室溫剩余磁化為0.03emu/g，并且在該樣品中觀察到了磁介電效應(yīng)。
　　3.采用強(qiáng)磁場輔助水熱法制備了2BiFeO3-Bi4Ti3O1