新型單相多鐵材料的摻雜改性研究.pdf

1、單相多鐵材料可能實(shí)現(xiàn)鐵電性和磁性的相互調(diào)控，是一種新型功能材料，它在信息的高密度多態(tài)存儲(chǔ)以及自旋電子學(xué)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前單相磁電材料的研究還處于起步階段，面臨不少困難。首先，就是鐵電性和鐵磁性不容易存在于同一種物質(zhì)中。其次，鐵電有序和磁有序?qū)τ趯?duì)稱性的要求互相排斥，很難實(shí)現(xiàn)二者的相互調(diào)控。隨著科技的技術(shù)進(jìn)步，對(duì)器件小型化的要求越來越高，這就需要發(fā)展同時(shí)具有兩種或兩種以上功能的新材料。因此發(fā)掘新的磁電多鐵材料是多鐵性研究的一個(gè)

2、重要方面。典型的鉍層狀材料如B4Ti3O12(BIT)，其存在著剩余極化小、壓電活性低等不足，尚不能取代目前工業(yè)上廣泛使用的PZT來滿足工業(yè)化生產(chǎn)高密度存儲(chǔ)器和壓電傳感器的需要。為了改善鉍系層狀材料的性能，制備出室溫以上的多鐵材料，人們通過多種方法來改善它的性能。本論文主要研究了樣品摻雜后的性能，可以分為下面幾個(gè)部分:
　　(1)用傳統(tǒng)固相燒結(jié)法制備了Bi5Fe0.5Co0.5Ti3O15(BEFCT-x:x=0，0.35，0.5

3、5，0.85)陶瓷樣品，對(duì)比研究了它們的結(jié)構(gòu)和電磁性能。X射線衍射分析表明:摻雜未導(dǎo)致明顯雜相，材料的剩余極化(2Pr)隨摻雜量的增加呈先增加后減小的變化趨勢(shì)，在Eu摻雜量為0.55時(shí)，材料的2Pr達(dá)到最大值，為11.2μC/cm2，升幅達(dá)143％，可以從Eu摻雜導(dǎo)致氧空位的抑制和鉍氧層的破壞所形成的競爭機(jī)制來解釋。隨Eu含量的增加，材料的剩余磁化單調(diào)上升，最大達(dá)到0.28 emu/g，比未摻雜時(shí)增加了2個(gè)數(shù)量級(jí)，從晶格失配、耦合增強(qiáng)以

4、及共生結(jié)構(gòu)等方面的綜合效果解釋了這一現(xiàn)象。材料的介電溫度譜顯示，Eu摻雜未明顯損害材料的熱穩(wěn)定性，Eu摻雜所導(dǎo)致的介電損耗行為可能與氧空位或其他點(diǎn)缺陷有關(guān)聯(lián)。
　　(2)分別用Nd、Dy對(duì)Bi5Fe0.5Co0.5Ti3O15陶瓷進(jìn)行A位摻雜。用Nd、Dy離子取代BFCT樣品A位的Bi離子制備出Bi5-xNdxFe0.5Co0.5Ti3O15(BNFCT-x, x=0.2-0.8)、Bi5-xDyxFe0.5Co0.5Ti3O15

5、(BDFCT-x, x=0.2-0.8)陶瓷樣品。XRD、SEM證明樣品均已成四層鉍系鈣鈦礦相。Nd、Dy摻雜后樣品的剩余磁化強(qiáng)度（2Mr）都隨著摻雜量的增加而增大。當(dāng)x=0.8時(shí)，BNFCT樣品的磁化強(qiáng)度達(dá)到最大值，為0.58 emu/g，BDFCT樣品的磁化強(qiáng)度的最大值為0.53 emu/g，二者很相近，都比未摻雜的大兩個(gè)數(shù)量級(jí)。樣品鐵磁性的增強(qiáng)可能來源Fe-O-Co耦合和晶格結(jié)構(gòu)畸變。Nd摻雜后剩余極化強(qiáng)度(2Pr)隨著摻雜量的增

6、加而增大，當(dāng)x=0.8時(shí)，2Pr=17.45μC/cm2; Dy摻雜后樣品的剩余極化強(qiáng)度（2Pr）都比未摻雜時(shí)得到的值大，但是隨著摻雜含量的不斷上升，剩余極化值卻逐步減小，在x=0.2時(shí)，其鐵電性能改善最為明顯，2Pr=19.28μC/cm2。這一趨勢(shì)是摻雜導(dǎo)致的晶格畸變、電荷補(bǔ)償?shù)裙餐饔玫摹?br>　　(3)用傳統(tǒng)的固相燒結(jié)法制備了SrBi3Fe1-xCoxNb2O12（SBNFC-x，x=0～0.2）陶瓷樣品。XRD、SEM證明樣

7、品均已成三層鉍系鈣鈦礦相。Co摻雜后樣品的剩余極化強(qiáng)度(2Pr)先是隨著摻雜量的增加而增大，當(dāng)摻雜量進(jìn)一步增大時(shí)，又出現(xiàn)了減小的現(xiàn)象。在未摻雜Co時(shí)，SBNFC-x(x=0)的剩余極化值2Pr為4.54μC/cm2。當(dāng)x=0.15時(shí)，剩余極化達(dá)到最大值，2Pr=15.3μC/cm2;但是隨著Co含量的進(jìn)一步上升，剩余極化值略有下降或基本保持不變，當(dāng)x=0.2時(shí)，樣品的2Pr=13.14μC/cm2。Co摻雜后可以明顯改善樣品的鐵電性能，