CoFe-,2-O-,4--BaTiO-,3-磁電復合材料的制備及性能研究.pdf

1、磁電耦合效應是由外加電場或外加磁場感應產(chǎn)生的電場感生磁矩效應或磁場感生電矩效應，具有這種磁電耦合效應的鐵電磁功能材料被簡稱為磁電材料。由于磁電材料是在外加磁場強度H的作用下產(chǎn)生電極化強度P或在外加電場作用下產(chǎn)生誘導磁化，因此可以用轉換系數(shù) =dP/dH或dH/dP表征磁電效應的大小，由磁場能感生電場能的轉換系數(shù) E即磁電耦合系數(shù)。由鈷鐵氧-鈦酸鋇兩相復合而成的磁電材料（簡稱磁電復合材料）以其具有較大的磁電耦合系數(shù)和無鉛、容易合成等特點而

2、受到廣泛的研究和關注。本文以制備出高性能的CoFe2O4-BaTiO3磁電復合材料為目標，采用化學方法一次性合成CoFe2O4和BaTiO3兩相共存的納米復合粉體，然后采用不同陶瓷燒結技術對粉體進行燒結，分別實現(xiàn)該體系的鐵磁相—鐵電相的復合。針對以納米復合粉體為原料制備磁電復合材料的特點，構建了粉體中兩相形成共格界面、依附生長的八面體模型，運用此模型解釋了由納米粉體燒制得到高磁電耦合性能的原因；首次設計了塊體二次燒結實驗方案，通過改變塊

3、體微界面研究其對磁電耦合效應的影響；針對二次燒結塊體樣的磁電耦合系數(shù)下降等問題，提出了適合于混相磁電復合材料的電疇與磁疇作用距離模型，并以此對制備磁電陶瓷中的各種問題作出合理的解釋。具體內(nèi)容包括：
　　 1. 通過改進了的EDTA-檸檬酸溶液絡合法合成CoFe2O4-BaTiO3 兩相不同配比（1 ：4，1 ：2，1 ：1）的納米復合粉體，研究不同溫度下處理的粉體其形貌、粒徑和兩相界面共生機制等問題，應用改進的普通燒結方法，在1

4、180 ℃/2h條件下對900 ℃粉體進行燒結，制得了磁電耦合系數(shù)最高值為680 μV/Oe·cm的磁電復合材料，分析表明是該中鐵磁相含量低、晶粒界面結合不夠緊密等因素影響了磁電耦合效應；采用陶瓷熱等靜壓技術燒結了CoFe2O4摩爾含量為20％和45％的磁電樣品，在1050 ℃/110 Mpa/60 min條件下燒制的0.45CoFe2O4-0.55BaTiO3磁電陶瓷樣品具有最大的磁電耦合系數(shù)值，達30.09 mV/Oe·cm，研究表

5、明細化晶粒、提高鐵磁相含量、增大兩相接觸面積和提升燒結密度有利于高磁電耦合效應的產(chǎn)生。
　　 2. 首次采用以單相NaCl為熔融鹽介質(zhì)，以NP-10 (nonylphenyl ether)為表面活性劑的熔融鹽法一次性合成出了CoFe2O4-BaTiO3納米復合粉體，經(jīng)TEM、XRD等分析手段檢測表明于800 °C反應合成的粉體中無其它雜相，粉體粒徑在100 nm以下，而提高或者降低反應溫度都將影響粉體粒徑和粉體純度；用普通陶瓷燒

6、結方法在1180 ℃/120 min的條件下燒制了CoFe2O4摩爾含量約為20％、35％和50％的磁電復合材料樣品，后兩種樣品都獲得很好的物理性能（密度達到93.2％TD和94.3％TD）和鐵電、鐵磁綜合性能（如壓電系數(shù)分別達到14 pC·N-1和17 pC·N-1），并在50％CoFe2O4的樣品中獲得最高的磁電耦合系數(shù)，其值為17.04 mV/Oe·cm；以XRD、SEM等分析手段檢測了塊體材料的組成和微結構，分析表明兩相之間結合

7、緊密且無雜相存在于晶界，晶粒大小控制在0.5 μm左右；以熔融鹽法合成出了更細小的納米粉粒，為燒結后的塊體樣提供了更大的相接觸面積，塊體燒結致密度也增大，同時獲得優(yōu)異的鐵電、鐵磁綜合性能。
　　 3. 利用粉體XRD表征、透射電鏡衍射花樣（SEAD）和計算出的兩相晶格參數(shù)之間的關系，分析得到兩相晶胞在平行于(110)和（220）晶面的平面內(nèi)可以以晶格匹配的方式共格生長，由此構建了粉體合成時兩相共格生長的八面體結構模式；當粉體中兩

8、相以這種共格的方式長大時，相與相之間能緊密結合，減少位錯等缺陷，因此以全納米粉體為原料制備的磁電復合材料可以獲得更高的磁電耦合效應；以提高塊體樣品致密度、提升磁電耦合效應為目標，設計了塊體二次熱壓燒結實驗方案，實驗后發(fā)現(xiàn)，溶液法合成的塊體樣最大磁電耦合系數(shù)是680 μV/Oe·cm，二次燒結后其系數(shù)值降為42.7 μV/Oe·cm，對其多項性能進行對比分析，結果表明兩相間共格界面遭受最大程度改變是導致耦合系數(shù)下降的最直接原因；以熔融鹽法

9、制備的塊體樣（50％ CoFe2O4和35％ CoFe2O4）磁電耦合系數(shù)可以達到17.04 mV/Oe·cm和6.83 mV/Oe·cm，經(jīng)過二次燒結后樣品的耦合系數(shù)降為62.1 μV/Oe·cm和65.16 μV/Oe·cm，研究分析也表明影響它們的最關鍵因素是共格界面的破壞。
　　 4. 從磁電耦合作用最基本的工作原理出發(fā)，分析和總結了CoFe2O4-BaTiO3磁電復合材料中磁疇和電疇的形成機制，以及兩種疇在各自受外力作