Bi5Ti3FeO15基磁電多鐵材料的物性及摻雜改性研究.pdf

1、多鐵性材料是指一類同時(shí)具有鐵電性、鐵磁性或者鐵彈性的材料，已經(jīng)引起了科研工作者廣泛的關(guān)注。更為值得注意的是，多鐵性材料有可能實(shí)現(xiàn)鐵磁性和鐵電性之間的相互調(diào)控，也就是說在外加電場(chǎng)的條件下不僅使材料具有鐵電極化性質(zhì)，還能夠誘導(dǎo)激發(fā)磁化，同樣外加磁場(chǎng)也能夠誘導(dǎo)材料的鐵電極化性質(zhì)，即具有磁電耦合效應(yīng)。多鐵性材料可以認(rèn)為是一種新型的多功能材料，在信息存儲(chǔ)、磁傳感器以及自旋電子器件等方面有廣闊的應(yīng)用前景。單相多鐵性材料因其優(yōu)異的特性，引起了科研工作

2、者的廣泛關(guān)注。最引起人們注意的是鐵電性和鐵磁性共存的單相多鐵性材料，但遺憾的是這類材料在自然界和實(shí)驗(yàn)室中非常稀少。經(jīng)過科研工作者們堅(jiān)持不懈的努力，發(fā)現(xiàn)Aurivillius相的鉍系鈣鈦礦結(jié)構(gòu)在室溫下有比較強(qiáng)的鐵磁性和鐵電性。本文研究了采用固相法制備的Bi5Ti3FeO15陶瓷以及對(duì)其Bi和Fe位同時(shí)進(jìn)行摻雜改性研究，并對(duì)該體系的陶瓷樣品進(jìn)行物理性能的研究與探討。
　　本文對(duì)單相多鐵性材料的研究主要有以下的工作和結(jié)論：
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3、1)用傳統(tǒng)的陶瓷燒結(jié)方法--固相法制備了Bi5Ti3FeO15陶瓷，并研究了材料的微觀結(jié)構(gòu)、鐵電性、鐵磁性、介電性和光學(xué)性能分析。研究結(jié)果顯示制備的Aurivillius相的陶瓷是四層鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，微粒尺寸大約為2-5μm。介電曲線圖中在1007和1090 K出現(xiàn)了兩個(gè)介電異常峰，對(duì)應(yīng)于兩種相變。從電滯回線圖中可以看出剩余極化和矯頑力分別為6.08μC/cm2和59 kV/cm。磁滯回線圖顯示材料在室溫下具有弱的鐵磁性并從本質(zhì)上分析了磁性

4、增強(qiáng)的原因。紫外可見光分析知道材料的禁帶寬度2.03 eV。(2)用同樣的陶瓷制備方法制備了(Bi4RE)Ti3(Fe0.5Co0.5)O15(RE=Nd、Sm、Gd、Dy)，陶瓷仍然是片狀的四層鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的斜方晶系。陶瓷的鐵磁性明顯的得到了增強(qiáng)，當(dāng)摻雜的稀土元素為Nd時(shí)剩余磁化（2Mr）達(dá)到最大，而矯頑場(chǎng)（2Hc）是最小的。分析認(rèn)為鐵磁性增強(qiáng)是因?yàn)椋╝）摻雜Co元素會(huì)導(dǎo)致鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的氧八面體發(fā)生畸變最終導(dǎo)致尺寸結(jié)構(gòu)失配，在Bi位摻雜稀

5、土元素會(huì)導(dǎo)致鐵氧或者鈦氧八面體的傾斜，傾斜后破壞陶瓷的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因此會(huì)釋放陶瓷內(nèi)部的一些潛在的磁性；（b）可能會(huì)形成Fe–O–Co鍵之間的直接耦合；（c）稀土元素的自旋為7/2，比其他的元素強(qiáng)。(3)用固相法制備了(Bi5-xLax)Ti3(Fe0.5Co0.5)O15(x=1、2、3)陶瓷，由XRD圖可以看出所制備的陶瓷樣品是單相的，陶瓷樣品的鐵磁性和鐵電性在x=2時(shí)達(dá)到最大。鐵磁性比Bi5Ti3FeO15陶瓷樣品的明顯增強(qiáng)，但鐵電性