溶膠凝膠法合成A位摻雜型LaMnO3材料的微結構與磁性能研究.pdf

1、錳酸鑭(LaMnO3)是一種典型的具有ABO3結構的鈣鈦礦材料，是鈣鈦礦錳氧化物材料研究的重點。以LaMnO3為母體，通過對LaMnO3的A位元素的摻雜改性，其通式為La1-xAxMnO3(A=Ca，Sr，Mg，Ba，Ce或其它稀土元素)，會引起A位平均離子半徑的變化并導致B位Mn3+和Mn4+混合價態(tài)產生，從而產生一系列的新的物理化學特性，如:巨磁電阻效應，磁熱效應，等等。有研究表明[1,2]，大多數(shù)元素如Ca、Mg、Ba、Na、K等

2、摻雜的鈣鈦礦錳氧化物材料相轉變溫度低于常溫，因此限制了該類型材料的應用。與多數(shù)元素如Mg、 Ca等摻雜不同的是Pb等元素摻雜的LaMnO3樣品在常溫下就表現(xiàn)出鐵磁性質，具有較高的相轉變溫度，并且在居里溫度附近存在較大的磁電阻和磁熵變化，因此在磁場傳感器，磁制冷材料等方面均存在潛在的應用價值。相關研究表明，這些特殊的物理化學性質可能與該體系材料中的多種相變和相互作用有關，如順磁到鐵磁相變，鐵磁到反鐵磁相變，電子-電子相互作用以及電子-晶格

3、耦合作用等等，因此Pb等元素的摻雜成為鈣鈦礦錳氧化物研究的重要課題。
　　本文采用Sol-gel法對純相LaMnO3和鈣鈦礦錳基復合氧化物A位Pb摻雜、A位Pb與Pr雙摻雜LaMnO3材料的微結構、形貌以及磁性能做了系統(tǒng)性研究，一方面，檸檬酸溶膠凝膠法具有從分子水平上進行加工，且操作簡單，容易調控的特點，因此可以通過控制不同的工藝條件，系統(tǒng)的研究材料結構和性能的變化規(guī)律，獲得純度較高，顆粒尺寸較小，團聚較少，性能優(yōu)越的產品。另一方

4、面，通過對材料的A位置進行單元或者雙元摻雜，會使樣品產生離子半徑效應和價態(tài)效應，如Mn-O鍵長和Mn-O-Mn鍵角的變化、Mn離子混合價態(tài)的產生、造成La空缺和氧缺陷等等，從而引起樣品晶格發(fā)生畸變，結果導致自旋結構傾斜，出現(xiàn)剩余磁矩，使樣品表現(xiàn)出鐵磁性。因此，本研究通過改進工藝條件和元素的摻雜含量，對材料的微觀結構以及磁性能進行調控，有效的減少了樣品的團聚，提高了樣品在常溫下的磁性能。對進一步探討A位摻雜型LaMnO3復合氧化物材料的內

5、部機理，提高材料在磁學領域的應用價值具有重要意義，為新材料的開發(fā)奠定了基礎。
　　本論文通過TG-DSC、XRD、FT-IR、SEM、VSM對前軀體的失重過程和合成樣品的晶體結構、化學鍵及官能團、微觀形貌、磁性參數(shù)進行表征和分析。
　　本論文主要研究成果如下:
　　1.本文采用Sol-gel法成功制備了鈣鈦礦LaMnO3粉末，采用XRD和SEM研究了不同水浴溫度，不同PH值，不同煅燒時間和煅燒溫度對LaMnO3材料的結

6、構和形貌的影響，最終選擇了以檸檬酸為絡合劑，50℃水浴，PH=7，煅燒10小時左右為最佳的制備方案，得到平均顆粒尺寸較小且形貌工整的樣品。
　　2.本文采用Sol-gel法成功制備了鈣鈦礦La1-xPbxMnO3多晶粉末，采用XRD、TG-DSC、FT-IR和SEM、VSM研究了樣品La1-xPbxMnO3(x=0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6)的微結構和磁性變化;在實驗的基礎上，研究了不同煅燒溫度和不同煅燒時間

7、對La0.7Pb0.3MnO3材料的微結構和磁性能的影響，實驗結果發(fā)現(xiàn)，通過控制煅燒溫度，可以有效的提高La0.7Pb0.3MnO3樣品在常溫下的飽和磁化強度的大小，在900℃煅燒2小時的La0.7Pb0.3MnO3樣品具有最大的飽和磁化強度為55.49 emu/g，而且顆粒尺寸較均勻，團聚較小。
　　3.本文采用Sol-gel法成功制備了鈣鈦礦La0.7-xPrxPb0.3MnO3多晶粉末，實驗條件為950℃煅燒10小時，并采用

8、TG-DSC、XRD、FTIR和SEM、VSM分析了不同比例La0.7-xPrxPb0.3MnO3(x=0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7)材料的微結構和磁性能變化;實驗發(fā)現(xiàn)，隨著稀土元素Pr摻雜量的增加，樣品的結構由菱方向立方結構轉變，在常溫下，磁性由鐵磁性向順磁性轉變，其中飽和磁化強度隨摻雜比例的增加迅速減小,而與之相反矯頑力呈增加的趨勢;此外，本文采用Sol-gel法制備的樣品均具有顆粒尺寸均勻且晶粒邊界清