a位離子對(duì)bi5fe0.5co0.5ti3o15陶瓷的多鐵性影響

1、牟秀菊 A 位離子對(duì)B i 5 F e o 5 C o o 5 T i 3 0 1 5 陶瓷的多鐵性影響手兩要本文主要研究了彳岔離子摻雜對(duì)B i s F e o ．s C o o ．5 T i 3 0 l s ( B F C T ) 陶瓷的多鐵性影響。并通過(guò)對(duì)材料的微觀結(jié)構(gòu)，鐵電性能，磁性能和介電性能等方面的測(cè)量，分析了用摻雜的手段改善樣品性能的相關(guān)機(jī)制。首先研究了B i 含量對(duì)B F C T 材料性能的影響。用固相燒結(jié)法制備樣品，在樣

2、品制備過(guò)程中B i 2 0 3 按照化學(xué)摩爾比分別?。? ％、0 、2 ．5 ％、5 ％。x 射線衍射圖譜的結(jié)果表明樣品已經(jīng)形成了四層的A u r i v i l l i u s 相結(jié)構(gòu)。對(duì)樣品的鐵電性能和磁性能進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)當(dāng)B i 2 0 3欠量1 ％和不過(guò)量時(shí)，樣品的磁性能比較弱，鐵電性能較差。由于本身B i 含量的欠缺再加上高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中B i 的揮發(fā)，使得樣品中存在大量的B i 空位，隨之產(chǎn)生的大量氧空位再加上其他缺陷的存在，

3、樣品的性能被嚴(yán)重破壞。當(dāng)B i 2 0 3 適當(dāng)過(guò)量時(shí)，樣品的性能得到了一定的改善，剩余磁化強(qiáng)度和剩余極化強(qiáng)度都得到了提高( 雖然樣品中還存在一定的漏電流) 。本文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中B i 2 0 3 過(guò)量5 ％時(shí)比較合適。在選取適當(dāng)B i 2 0 3 過(guò)量的基礎(chǔ)上，用N d 離子對(duì)B F C T 材料進(jìn)行A 岔?yè)诫s。采用傳統(tǒng)固相燒結(jié)法制備了B i 4 1 5 N d o 8 5 F e o s C o o 5 T i 3 0 1 5 陶瓷材

4、料。X 射線衍射分析表明，樣品表現(xiàn)為單一晶格A u r i v i l l i u s 相；拉曼光譜散射分析了N d 離子分布和么、B 位氧八面體的聲子模的振動(dòng)情況。對(duì)其鐵電性能進(jìn)行測(cè)量發(fā)現(xiàn)，材料的剩余極化強(qiáng)度( 2 鰳約為1 6 ∥C ／c m 2 ，是未摻雜樣品剩余極化強(qiáng)度大小的2 倍。N d 摻雜使樣品產(chǎn)生了更大的晶格畸變，抑制了氧空位的生成，有助于提高鐵電性能。樣品的剩余磁化強(qiáng)度( 2 M r ) 同樣得到提高，約為0 ．6 6

5、e m u ／g 。x 射線光電子能譜結(jié)果表明，摻雜后樣品C 0 3 + 和F e 3 + 含量增加，這種變化通過(guò)D z y a l o s h i n s k i i ．M o r i y a 相互作用增加了鐵基和鈷基的白旋傾斜。最后研究了彳絹I 入不同離子半徑鑭系元素對(duì)B F C T 材料性能的影響。采用固相燒結(jié)法制備B i 4 1 5 A o ．8 5 F e o ．5 C o o 5 T i 3 0 1 5 ( B A F C

6、T ) ( A = G d ，D y ，S m ，N d ) ，X 射線衍射圖譜的結(jié)果顯示四種樣品都形成了A u r i v i l l i u s 相。參與摻雜的四種離子具有不同的離子半徑，摻雜后樣品產(chǎn)生了不同程度的晶格畸變，這種畸變有助于自發(fā)極化的產(chǎn)生，樣品的鐵電性得到了不同程度的提高，剩余極化強(qiáng)度大小分別為5 ．6 2 p C ／c m 2 ，4 ．6 1 ∥C ／c m 2 ，1 1 ．1 6 p C ／c m 2 和1 5 ．

7、7p C ／c m 2 。A 岔離子摻雜還有助于對(duì)氧空位的抑制，由于取代產(chǎn)生的晶格畸變對(duì)離子鍵自旋傾斜的角度影響和耦合間距大小的影響屬于促進(jìn)F e 3 + ．O ．C 0 3 + 耦合的因素，樣品的磁性能得到了不同程度的提高。樣品的剩余磁化強(qiáng)度大小分別為O ．7 8e m u ／g ，0 ．4 1 e m u ／g ，O ．5 6e m u ／g 和0 ．6 6e m u ／g 。測(cè)試樣品的磁性隨溫度的變化，發(fā)現(xiàn)樣品的相變溫度分別為1

8、7 3 ℃，8 2 ℃，1 1 4 ℃和1 0 6 ℃。關(guān)鍵詞：陶瓷；摻雜；鐵電性；磁性牟秀菊 A 位離子對(duì)B i 5 F e o ．5 C o o ．5 T i 3 0 1 5 陶瓷的多鐵性影響 I l lI nt h e e n d ，t h eA s i t e d o p i n go fB F C Tm a t e r i a l sw i t hd i f f e r e n ti o n i cr a d i u si s

9、 s t u d i e d ．B i 4 l 叫o8 s F e o 5 C 0 0 5 T i 3 0 1 5 ( B A F C T ) ( A = G d ，D y ，S m ，N d ) c e r a m i c sa r ep r e p a r e db ys o l i ds t a t em e t h o d ．X - r a yd i f f r a c t i o n p a t t e m ss h o w

10、t h a ta l l s a m p l e sh a v ef o r m e da f o u r - l a y e r e dA u r i v i l l i u sp h a s e ．D u e t o t h e f o u r d o p i n gi o n s w i t hd i f f e r e n t i o n i cr a d i u s ，t h e d o p e ds a m p l e sp

11、 r o d u c e dd i f f e r e n td e g r e e s o fl a t t i c e d i s t o r t i o n ，w h i c hw a si n f a v o ro ft h e g e n e r a t i o n o fs p o n t a n e o u sp o l a r i z a t i o n ．a(chǎn) sa r e s u l tt h ef e r r o e

12、 l e c t r i cp r o p e r t i e so f t h ea l l s a m p l e sh a v ei n c r e a s e d ．T h e2 B o ft h es a m p l e s a r e5 ．6 2 ∥C ／c m 2 ，4 ．6 1 ∥C ／c m ：，1 1 ．1 6 ∥C ／c m 2 a n d1 5 ．7 ∥C ／c m ：，r e s p e c t i v e l

13、 y ．T h e A ．s i t em o d i f i c a t i o no nB F C T c e r a m i c sa l s o c o n t r i b u t et o s u p p r e s s i o no f o x y g e nv a c a n c i e s ．D u e t ot h ei n f l u e n c eo f t h el a t t i c ed i s t o r

14、t i o no f t h es a m p l e s ，t h em a g n e t i cp r o p e r t y w a s e n h a n c e db yd i f f e r e n t d e g r e e ，b e c a u s et h ei n f l u e n c eo fl a t t i c ed i s t o r t i o nd u et o s u b s t i t u t i

15、 o n c o n t r i b u t i o np o s i t i v e l yt o t h ea n g l eo f s p i n —c a n t i n ga n d t h ec o u p l i n gd i s t a n c ew h i c h p r o m o t e t h ec o u p l i n go fF e 3 + - O ．C 0 3 + ．T h e2 M r o f t h

16、es a m p l e sa r eO ．7 8e m u ／g ，0 ．4 1 e m “g ，0 ．6 6e m “ga n d0 ．5 6e m Ⅳg ，r e s p e c t i v e l y ．T h em a g n e t i c c h a n g e sw i t ht e m p e r a t u r ei s a l s o t e s t e d ，w ef o u n dt h a t t h ep

17、h a s et r a n s i t i o n t e m p e r a t u r e o ft h e s a m p l e s a r ea b o u t 1 7 3 ℃，8 2 ℃，1 1 4 ℃ a n d 1 0 6 ℃，r e s p e c t i v e l y ．K e y w o r d s ：c e r a m i c s ；d o p i n g ；f e r r o e l e c t r i c