層狀鈣鈦礦多鐵材料的制備和性能研究.pdf

1、近年來，為了研制出在室溫以上同時具有良好鐵電、鐵磁性的單相材料，人們做了大量研究，其中鉍系層狀鈣鈦礦單相多鐵材料由于其良好的鐵電性成為研究熱點之一。它是把BiFeO3(BFO)引入鉍系層狀鈣鈦礦鐵電材料中所形成的新型材料，屬于鉍系層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。這種材料中的鉍氧層能夠有效地降低多鐵材料的電導，改善漏流行為，使得材料在室溫以上顯示磁性的同時具有良好的鐵電性。但這種材料在室溫下的磁性能很弱，仍需改善，并且目前大量研究主要集中在四層及更高層的

2、鈣鈦礦多鐵材料的性能研究上，對低層鈣鈦礦材料的制備及性能研究報道很少，因此本論文著重于嘗試二、三層鈣鈦礦結(jié)構(gòu)多鐵材料的制備以及對鐵電性最為突出的四層鉍系鈣鈦礦多鐵材料Bi5Ti3FeO15(BFTO)的A、B位等價離子摻雜改性研究。通過對它們陶瓷樣品的微結(jié)構(gòu)、鐵電、磁電和介電性能的研究，有助于進一步了解鉍系層狀鈣鈦礦單相多鐵材料的性能影響的機理，并指導設計有實用性能的新型存儲材料。
　　 采用固相燒結(jié)工藝制備了Bi2WO6-Bi

3、FeO3和Bi4TiNbFeO12樣品。實驗發(fā)現(xiàn)在傳統(tǒng)燒結(jié)工藝下無法將BiFeO3引入一層鈣鈦礦鐵電材料Bi2WO6中以形成二層鈣鈦礦單相多鐵材料，制備出的樣品Bi2WO6-BiFeO3為Bi、Fe形成的新相與Bi2WO6的固熔體。Bi2WO6-BiFeO3樣品的鐵電性能和磁性能都介于Bi2WO6與BiFeO3之間。然而用該工藝可以成功把BiFeO3引入二層鈣鈦礦鐵電材料Bi3TiNbO9中形成三層鈣鈦礦單相多鐵材料Bi4TiNbFeO

4、12。但Bi4TiNbFeO12樣品的磁性和鐵電性都很弱，在室溫下為順磁性，剩余極化強度2Pr=1.1μC/cm2。
　　 采用固相燒結(jié)工藝，制備了四層鉍系鈣鈦礦單相多鐵材料Bi5Ti3FeO15(BFTO)，并用磁性離子Co3+對其進行了等價B位摻雜，制備了Bi5Fe1-xCoxTi3O15(BFCT-x，x=0.1～0.6)多鐵陶瓷樣品。實驗發(fā)現(xiàn)制備出的樣品都形成了四層鈣鈦礦單相結(jié)構(gòu)，Co3+成功取代了Fe3+，并對B位離子

5、的有序排列產(chǎn)生了影響。對所有樣品鐵電、介電和磁性能的研究表明：摻雜后樣品在室溫下顯示為鐵磁態(tài)，磁性能得到了顯著的改善，剩余磁化強度(2Mr)在摻雜量x=0.5時達到最大值，為2.3 memu/g，是未摻雜時的1000倍，2Mr隨摻雜量x的變化說明樣品鐵磁性的增強可能來源于Fe-O-Co耦合。在不同Co含量下，BFCT-x樣品都具有鐵電性，但隨摻雜量x的增加，剩余極化強度(2Pr)呈現(xiàn)先增加，減小后又增加的趨勢。當摻雜量x=0.1時，樣品

6、的鐵電性能最好，2Pr=11μC/cm2，比未摻雜時提高了38.2％。并且隨著摻雜量x的增加，BFCT-x樣品的居里溫度略有降低，畸變逐漸變小，意味著鐵電性的變化主要與B位離子排列有序程度相關(guān)。實驗得到綜合性能最佳的Co摻雜樣品為BFCT-0.5，在室溫下能同時具備良好的鐵電和鐵磁性能。這為磁電材料的進一步研究和可應用于實際塵產(chǎn)的多功能器件的制備提供了方便。
　　 采用相同工藝用等價La3+離子對Bi5Ti3FeO15進行了A位

7、摻雜，制備了Bi5-xLaxTi3FeO15(BLFT-x，x=0.25、0.75)多鐵陶瓷樣品。實驗發(fā)現(xiàn)A位La3+離子摻雜沒有改變BFTO的基本結(jié)構(gòu)，對樣品的磁性能產(chǎn)生了微小的影響。當La摻雜量x=0.75時，磁滯回線中間出現(xiàn)了一個小鼓包，這可能是由于La3+離子和Fe3+離子通過O2-離子產(chǎn)生的La-O-Fe間接耦合導致了樣品中Fe-O-Fe耦合為傾斜的反鐵磁交換作用。但La摻雜對樣品的鐵電性能影響較大，La摻雜量x=0.25時，