BiFeO3納米顆粒的溶膠凝膠法制備及摻雜改性研究.pdf

1、多鐵性材料是集鐵電（反鐵電）有序和鐵磁（反鐵磁）有序于一體的單相功能材料，近年來，此材料因在自旋電子學(xué)元件和磁電器件領(lǐng)域所展現(xiàn)出的潛在應(yīng)用價(jià)值而受到了廣泛關(guān)注。值得注意的是，在目前已知的多鐵性材料之中，鐵酸鉍(BiFeO3)因具有高于室溫的鐵電居里溫度(TC～1103K)和反鐵磁奈爾溫度(TN～643K)而成為幾乎唯一的室溫單相多鐵性材料，這也使其成為磁電應(yīng)用領(lǐng)域的最佳候選材料之一。而且，除了以上所提及的應(yīng)用之外，BiFeO3由于具有合

2、適的帶隙范圍(2.1～3.0eV)和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)還被視為一種前景良好的可見光催化劑。在本文的研究工作之中，我們采用溶膠凝膠法分別制備了Na-Ni共摻的BiFeO3納米顆粒和La-Zn共摻的BiFeO3納米顆粒，并且對(duì)樣品的晶體結(jié)構(gòu)、磁性、電學(xué)性質(zhì)以及光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
　　首先，在堿金屬元素Na離子摻雜（替代Bi位）的基礎(chǔ)上，選擇過渡族元素Ni離子來替代Fe位，采用溶膠凝膠法制備出Bi0.97Na0.03Fe1-xNixO

3、3(x=0,0.005,0.01,0.015)納米顆粒。在室溫下，納米顆粒樣品顯示出弱鐵磁性，而且存在交換偏置現(xiàn)象。隨著Ni摻雜濃度的增加，Bi0.97Na0.03Fe1-xNixO3(x=0,0.005,0.01,0.015)樣品的氧空位含量和漏電流值不斷增大，而光學(xué)帶隙卻呈現(xiàn)出先減小(x=0.005)后增大(x=0.01,0.015)的趨勢(shì)。為了解釋光學(xué)帶隙的這一反常變化現(xiàn)象，我們考慮到氧空位施主帶與空穴受主帶之間的相互作用而引入了

4、一個(gè)電子能帶模型。此外，Bi0.97Na0.03Fe1-xNixO3(x=0.01,0.015)樣品還展示出閾值開關(guān)行為，為了解釋這一電學(xué)效應(yīng)，我們基于高濃度的載流子（如氧空位）定性地提出一個(gè)導(dǎo)電通道模型。
　　然后，在稀土元素La離子摻雜（替代Bi位）的基礎(chǔ)上，選擇過渡族元素Zn離子來替代Fe位，采用已經(jīng)探索成熟的溶膠凝膠法制備出Bi0.9La0.1FeO3(BLFO)和Bi0.9La0.1Fe0.99Zn0.01O3(BLFZ