A-位和B-位摻雜Bi(A)Fe(B)O3多鐵材料的結(jié)構(gòu)、相圖及性質(zhì)研究.pdf

1、多鐵材料是一種同時具有鐵電有序和鐵磁(或反鐵磁)有序的材料,這些性質(zhì)使得多鐵材料在信息存儲、傳感器以及自旋電子器件等方面引起了廣泛關(guān)注。Bi(A-site)Fe(B-site)O3(BFO)是少數(shù)在室溫下同時具有鐵電有序和G型反鐵磁有序的單相多鐵材料之一。但是,它也存在漏導(dǎo)比較大、易生成雜相和剩余宏觀磁性幾乎為零等一些缺點,這些缺點極大地限制了它的實際應(yīng)用。因此,如何提高BFO的多鐵性質(zhì)成為一個重要的研究課題,其中化學(xué)摻雜是一種有效提高

2、BFO性能的方法。本論文中,對BFO的化學(xué)摻雜及其摻雜后的晶體結(jié)構(gòu)、相圖和多鐵性質(zhì)進(jìn)行了一些基礎(chǔ)研究,主要研究結(jié)果如下:
　　 1)B位Co2+,Ti4共摻雜:采用溶膠-凝膠法合成了幾乎純相的BiFe0.9Co0.05Ti0.05O3樣品。室溫下BiFe0.9Co0.05Ti0.05O3樣品的結(jié)構(gòu)仍保持著BiFeO3的三方相(R3c)。隨著溫度的升高,在820℃發(fā)生相變,其結(jié)構(gòu)從三方相(R3c)轉(zhuǎn)變成正交相(空間群Pbnm),且

3、相變是可逆的。此外BiFe0.9Co0.05Ti0.05O3樣品在室溫下具有多鐵性質(zhì)。
　　 2)A位La3+、B位Co2+,Ti4+共摻雜:采用改進(jìn)的溶膠-凝膠法制備了La不同摻雜量的純相Bi1-xLaxFe0.9Co0.05Ti0.05O3(x=0～1)化合物,并系統(tǒng)研究了La摻雜量和溫度對晶體結(jié)構(gòu)的影響。室溫樣品的結(jié)構(gòu)分析顯示隨著鑭摻雜量的增加樣品的結(jié)構(gòu)從三方相(R3c,0≤5x≤0.16)轉(zhuǎn)變成四方相(P4mm,0.17

4、≤x≤0.40),再轉(zhuǎn)變成正交相(Pn21a,0.41≤x≤1.0)。高溫原位XRD分析顯示隨著溫度的升高三方結(jié)構(gòu)樣品和四方結(jié)構(gòu)樣品均轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的正交相(Pbnm),并且相變溫度隨著鑭摻雜量的增加呈顯著降低的趨勢,而正交相(Pn21a,0.41≤x≤1.0)為穩(wěn)定相,即使加熱到850℃也不發(fā)生相變。對樣品鐵電和鐵磁性質(zhì)測試結(jié)果顯示所合成樣品Bi1-xLaxFe0.9Co0.05Ti0.05O3(x=0～1)在室溫下具有多鐵性質(zhì),其非中心

5、對稱正交結(jié)構(gòu)(Pn21a)的Bi0.5La0.5Fe0.9Co0.05Ti0.05O3的鐵電最大飽和極化強度為0.52μC/cm2,弱的鐵磁性隨La摻雜量的增加而增大。
　　 3)A位La3+、B位Ni2+,Ti4+共摻雜:采用改進(jìn)的溶膠-凝膠法合成了La不同摻雜量的純相Bi1-xLaxFe0.9Ni0.05Ti0.05O3(X=0～1)化合物,系統(tǒng)研究了La摻雜量和溫度對晶體結(jié)構(gòu)的影響,并繪制了完整的相圖。此外,Bi1-xLa

6、xFe0.9Ni0.05Ti0.05O3(X=0～1)樣品在室溫下具有多鐵性質(zhì),其中BiFe0.9Ni0.05Ti0.05O3的鐵電性質(zhì)最好,最大極化強度為0.55μC/cm2。他們的反鐵磁性并隨La摻雜量的增加而增大。
　　 4)A位La3+、B位Cr3+,Ti4+共摻雜:采用改進(jìn)的溶膠-凝膠法成功制備了純相Bi1-xLaxFe0.9Cr0.05Ti0.05O3(x=0.05～1)化合物,研究了La摻雜量對晶體結(jié)構(gòu)的影響。室溫