層狀鈣鈦礦多鐵材料的制備和性能研究.pdf

1、近年來(lái)，為了研制出在室溫以上同時(shí)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(diǎn)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(dǎo)，改善漏流行為，使得材料在室溫以上顯示磁性的同時(shí)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(duì)低層鈣鈦礦材料的制備及性能研究報(bào)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(duì)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(jià)離子摻雜改性研究。通過(guò)對(duì)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(jìn)一步了解鉍系層狀鈣鈦礦單相多鐵材料的性能影響的機(jī)理，并指導(dǎo)設(shè)計(jì)有實(shí)用性能的新型存儲(chǔ)材料。
　　 采用固相燒結(jié)工藝制備了Bi2WO6-Bi

3、FeO3和Bi4TiNbFeO12樣品。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在傳統(tǒng)燒結(jié)工藝下無(wú)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(qiáng)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(duì)其進(jìn)行了等價(jià)B位摻雜，制備了Bi5Fe1-xCoxTi3O15(BFCT-x，x=0.1～0.6)多鐵陶瓷樣品。實(shí)驗(yàn)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(duì)B位離子

5、的有序排列產(chǎn)生了影響。對(duì)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(qiáng)度(2Mr)在摻雜量x=0.5時(shí)達(dá)到最大值，為2.3 memu/g，是未摻雜時(shí)的1000倍，2Mr隨摻雜量x的變化說(shuō)明樣品鐵磁性的增強(qiáng)可能來(lái)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(qiáng)度(2Pr)呈現(xiàn)先增加，減小后又增加的趨勢(shì)。當(dāng)摻雜量x=0.1時(shí)，樣品

6、的鐵電性能最好，2Pr=11μC/cm2，比未摻雜時(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)具備良好的鐵電和鐵磁性能。這為磁電材料的進(jìn)一步研究和可應(yīng)用于實(shí)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(jià)La3+離子對(duì)Bi5Ti3FeO15進(jìn)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(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)A位La3+離子摻雜沒(méi)有改變BFTO的基本結(jié)構(gòu)，對(duì)樣品的磁性能產(chǎn)生了微小的影響。當(dāng)La摻雜量x=0.75時(shí)，磁滯回線中間出現(xiàn)了一個(gè)小鼓包，這可能是由于La3+離子和Fe3+離子通過(guò)O2-離子產(chǎn)生的La-O-Fe間接耦合導(dǎo)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(duì)樣品的鐵電性能影響較大，La摻雜量x=0.25時(shí)，