A、B位共摻雜鐵酸鉍陶瓷的制備及電學(xué)、磁學(xué)性能研究.pdf

1、我們一般情況下認(rèn)為當(dāng)一種材料含有兩種或是兩種以上的性質(zhì)時(shí)為多性質(zhì)材料,目前對(duì)于鐵電材料而言,如果材料本身同時(shí)具有鐵電性、鐵磁性、鐵彈性中的兩種或是多于兩種的性質(zhì),則這種材料就是我們要研究的多鐵性材料。最近這些年以來,多鐵性材料因?yàn)樾再|(zhì)的耦合性,被人們大量的應(yīng)用到了多功能器件中。而我們所研究的鐵酸秘(BiFeO3)材料是單相多鐵性材料的典型代表,它的特點(diǎn)主要有一下幾點(diǎn):第一具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu),第二是為數(shù)不多的在室溫下電磁耦合的多鐵性材料之一,

2、由于鐵酸鉍材料所具備的這些特性,使其成為室溫下研究單相多鐵性材料的首要選擇的材料,但是鐵酸鉍本身也存在很多實(shí)際問題有待解決。比如,高的漏電性、高的介電損耗、低的抗衰老性、弱的鐵磁性、弱的磁電耦合效應(yīng)等。由于這些問題的存在,制約了鐵酸鉍陶瓷材料的發(fā)展及應(yīng)用。為了使其得到很好的開發(fā)利用,我們一般會(huì)對(duì)其進(jìn)行性質(zhì)改良。方法最常用的就是稀土摻雜。本文采用改良的快速燒結(jié)法制備了A位摻雜的La0.1Bi0.9FeO3和B位摻雜La0.1Bi0.9Co

3、xFe1-xO3(x=0.01,0.03)兩個(gè)系列的陶瓷樣品。采用X射線衍射技術(shù)確定了樣品的物相純度,并對(duì)摻雜的多晶陶瓷樣品的電學(xué)、磁學(xué)性能進(jìn)行較系統(tǒng)的研究。對(duì)于La0.1Bi0.9FeO3和La0.1Bi0.9CoxFe1-xO3(x=0.01,0.03)系列的樣品,在燒結(jié)時(shí)間不變的情況下,La摻雜有效的抑制了雜相的生成。在La摻雜x=0.1,燒結(jié)溫度為830-860℃時(shí)所制備的La0.1Bi0.9FeO3陶瓷具有很好的鐵電性,這時(shí)候

4、所制備的陶瓷材料的絕緣性好,具有高的介電常數(shù),低的介電損耗,且掃描頻率和掃描次數(shù)的增加,穩(wěn)定性好,抗疲勞性強(qiáng)。在同樣的制備條件下,在以La0.1Bi0.9FeO3陶瓷為基,用Co取代Fe的位置,制備La0.1Bi0.9CoxFe1-xO3(x=0.01,0.03)陶瓷材料中,發(fā)現(xiàn)當(dāng)Co進(jìn)行微量摻雜時(shí)(x<0.03),呈菱形結(jié)構(gòu)多晶陶瓷中沒有雜相。通過比較XRD精修的晶胞參數(shù)結(jié)果及Co離子和Fe離子半徑,發(fā)現(xiàn)隨著Co摻雜量增加,晶胞

5、參數(shù)變小,表明Co離子已經(jīng)摻入到多晶陶瓷的晶胞內(nèi)。從電滯回線測(cè)量結(jié)果來看,隨著Co摻雜量的增多,剩余極化值增大,但樣品的漏電流也明顯增加。到摻雜量x=0.03,外加電壓到150KV/cm時(shí),電流突然增加很大,并且漏電流表現(xiàn)處對(duì)外加電場(chǎng)的掃描方向的依賴性,呈現(xiàn)典型的二極管整流效應(yīng)。對(duì)該多晶陶瓷樣品進(jìn)行的XPS測(cè)試結(jié)果顯示,Co在La0.1Bio.9Co0.03Fe0.97O3陶瓷中以二價(jià)形式存在。我們認(rèn)為二價(jià)的Co離子作為受主元素,替代部