固相法制備3d過渡金屬離子摻雜BiFeO3陶瓷的多鐵性研究.pdf

1、電子信息技術(shù)的發(fā)展對(duì)器件小型化和多功能化的要求越來越高，使得同時(shí)具有幾種功能的多鐵性材料受到廣泛關(guān)注。多鐵性材料是同時(shí)具有兩種或兩種以上鐵的基本性能的材料，這種材料可以由電場(chǎng)誘導(dǎo)磁化，同時(shí)磁場(chǎng)也可誘發(fā)電極化。BiFeO3是少數(shù)在室溫下同時(shí)表現(xiàn)出反鐵磁有序(TN=643K)和鐵電有序(T(C)=1103K)的單相多鐵性材料，多種鐵性共存于其中，使得它為器件的小型化和多功能化提供了一種新的思路。
　　 本論文主要通過優(yōu)化BiFeO3

2、陶瓷的制備工藝和對(duì)BiFeO3進(jìn)行摻雜，來改善BiFeO3陶瓷的電性能和磁性能。利用XRD、密度測(cè)試、SEM、介頻譜、鐵電測(cè)試和磁性測(cè)試對(duì)樣品進(jìn)行表征，研究了燒結(jié)氣氛、微波燒結(jié)法、La3+和Mn4+離子的共摻以及La3+和Cr3+離子的共摻對(duì)陶瓷純度、晶相組成、微觀結(jié)構(gòu)、介電鐵電性能以及磁性能的影響。主要結(jié)論如下:
　　 (1)在不同氣氛(N2和O2按不同比例混合)下燒結(jié)BiFeO3陶瓷，所制備的陶瓷均具有單一菱方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，陶

3、瓷內(nèi)部晶粒顯微結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為緊密排列的圓形顆粒結(jié)構(gòu)，樣品的致密度和介電性能隨氣氛中N2比例的增加而得到提高。當(dāng)氣氛中N2∶O2=9∶1時(shí)，介電常數(shù)和介電損耗值在5kHz下分別為205和0.055，此時(shí)得到最優(yōu)的介電性能。室溫下的電滯回線測(cè)試結(jié)果表明在富氮?dú)夥障聼Y(jié)能提高樣品的鐵電極化值和擊穿場(chǎng)強(qiáng)。在利用純N2、O2、H2和空氣）對(duì)陶瓷進(jìn)行燒結(jié)時(shí)，介電性能受H2和O2氣氛的影響較大，在H2氣氛下燒結(jié)時(shí)擁有最大的介電常數(shù)。
　　 (2)

4、在空氣中微波燒結(jié)BiFeO3陶瓷樣品能獲得純相的BiFeO3陶瓷，陶瓷的致密度有所提高，對(duì)比于傳統(tǒng)燒結(jié)，微波燒結(jié)所獲得的試樣擁有更優(yōu)的介電性能，介電損耗明顯降低，鐵電測(cè)試也表明微波燒結(jié)的陶瓷樣品對(duì)比于傳統(tǒng)燒結(jié)具有更大的瞬間極化值和擊穿場(chǎng)強(qiáng)。
　　 (3)利用La2O3單獨(dú)對(duì)BiFeO3陶瓷進(jìn)行摻雜時(shí)，摻雜量x=0.15時(shí)陶瓷獲得純相，驗(yàn)證了鑭系元素?fù)诫sBiFeO3陶瓷有抑制雜相產(chǎn)生的作用，La3+離子的摻雜對(duì)BiFeO3陶瓷的晶

5、體結(jié)構(gòu)有一定影響，導(dǎo)致了晶格參數(shù)的變化。La3+離子摻雜量x=0.15時(shí)致密度和結(jié)構(gòu)均勻性較好，同時(shí)使得介電損耗對(duì)比未摻雜的BiFeO3有少量增加，其介電常數(shù)也比未摻雜有明顯提高，晶格參數(shù)的變化和致密度、均勻度的提高使得摻雜量x=0.15的系統(tǒng)獲得飽和的電滯回線，鐵電性和磁性都有一定程度的提高，但是仍然無法打破BiFeO3陶瓷周期的螺旋自旋的調(diào)制結(jié)構(gòu)。
　　 (4)在Bi0.85La0.15Fe1-xMnxO3(x=0、0.05

6、、0.1、0.15、0.2)陶瓷系統(tǒng)中Mn4+離子摻雜量x小于0.1時(shí)得到純相的陶瓷，晶格參數(shù)因?yàn)镸n4+離子摻入而發(fā)生變化，介電測(cè)試結(jié)果顯示Mn4+離子的摻入使得介電損耗下降，介電性能獲得改善，鐵電測(cè)試結(jié)果表明當(dāng)Mn4+離子摻雜量x=0.1時(shí)鐵電性能也獲得改善，Mn4+離子的摻入沒有對(duì)磁性能產(chǎn)生明顯影響。
　　 (5)在Bi0.85La0.15Fe1-xCrxO3(x=0、0.05、0.1、0.15、0.2)陶瓷系統(tǒng)Cr3+離