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文檔簡介
1、本論文我們通過對鈣鈦礦結構BiFeO3陶瓷材料進行A、B位的替代摻雜,研究了Dy、Co共摻對其陶瓷特性和磁相變溫度Tc的影響。實驗采用快速液相燒結法制備BiFeO3和A位Dy摻雜、B位Co摻雜的系列陶瓷樣品Bi0.95Dy0.05Fe1-xCoxO3(x=0、0.05、0.1、0.15)。采用DX-2000X射線衍射對樣品進行XRD物相檢測,利用掃描電鏡(SEM)對樣品微觀形貌進行分析,采用物性測量系統(tǒng)(VersaLab,Quantum
2、Design)對樣品的磁特性及磁矩隨溫度的變化進行了測量與分析。研究結果表明:
(1)X射線衍射研究表明:采用快速液相燒結法制備的BiFeO3陶瓷樣品,在2θ=28-30°之間發(fā)現(xiàn)有雜相Bi2Fe4O9衍射峰的存在。隨著Dy3+的摻雜Bi0.95Dy0.05Fe1-xCoxO3(x=0.05、0.1、0.15)樣品的XRD衍射圖譜中雜相Bi2Fe4O9衍射峰均消失,當再次摻雜過渡金屬Co3+時,B10.95Dy0.05Fe
3、1-xCoxO3,x=0.05、0.1、0.15)系列陶瓷樣品的衍射圖譜中雜相峰均消失。所有樣品的主衍射峰與純相BiFe03的主衍射峰相吻合且具有良好的晶體結構,隨著Co3+摻雜量的增大,樣品的主衍射峰(104)與(110)逐漸相互重疊,當摻雜量x>0.05時,樣品呈現(xiàn)正方晶系結構;
(2)掃描電鏡(SEM)對樣品微觀形貌分析的結果表明:Dy3+、Co3+共摻雜使樣品的晶粒尺度和微觀形貌發(fā)生明顯的變化,從圖中可以清楚看到D
4、y3+、Co3+共摻雜使BiFeO3陶瓷樣品的晶粒尺度由原來的3-5μm減小到1μm。樣品晶粒形貌由原來的橢圓石頭逐漸趨于方形,同時Co3+被晶粒BiFeO3所分割,形成較細的晶粒結構并呈現(xiàn)較多的晶界。對于所有樣品,其電阻率都隨著晶界的增加而增大,這表明摻雜將有望減小BiFeO3陶瓷樣品的的漏導電流密度,提高其介電和鐵電性能。
(3)物性測量系統(tǒng)(VersaLab,QuantumDesign)對樣品的磁特性及磁矩隨溫度的變
5、化測量與分析結果表明:室溫下,BiFeO3樣品表現(xiàn)出較弱的鐵磁特性,并且所有樣品在室溫下具有完整的磁滯回線,隨著摻雜量的增加,磁滯回線逐漸趨于飽和,這表明隨著Dy3+、Co3+的共摻雜,BiFeO3系列陶瓷樣品的鐵磁性顯著提高。尤其是在外加磁場為30kOe的作用下,Bi0.95Dy0.05Fe1-xCoxO3(x=0.05,0.1,0.15)樣品的剩余磁化強度Mr分別為0.43、0.489、0.973emu/g,飽和磁化強度Ms分別為0
6、.77、1.65、3.08emu/g。
(4)BiFeO3和Bi0.95Dy0.05Fe1-xCoxO3樣品磁矩M隨著溫度T的升高而逐漸減小,Dy摻雜使BiFe03樣品的奈爾溫度TN由644K升高到652K,而居里溫度T?;緵]有變化,其主要原因是BiFeO3晶體結構和Dy3+_Fe3+之間較弱的交換作用的結果。Dy、Co共摻雜導致BiFeO3樣品磁相變溫度Tc由870K降低到780K,其居里溫度Tc變化主要取決于Fe-O
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