多鐵性材料鐵酸鉍的制備和性能研究.pdf

1、BiFeO3(BFO)材料是唯一一種居里溫度(Tc)和尼爾溫度(TN)均在室溫以上的單相多鐵性材料，而且其剩余極化強(qiáng)度很大，很有可能成為第一種可以商用的多鐵性材料。本文以BFO材料為主要研究對(duì)象，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算對(duì)BFO材料進(jìn)行了研究，得到了它的基本結(jié)構(gòu)和性能，制備了BFO薄膜并對(duì)其進(jìn)行摻雜。主要內(nèi)容如下：
　　1、以Fe(NO3)39H2O和Bi(NO3)35H2O為主要原料，采用水熱法成功制備出純相的BFO納米粉末，空間點(diǎn)群

2、為R3c，運(yùn)用謝樂(lè)公式計(jì)算得出的樣品平均晶粒大小為150nm左右；運(yùn)用SEM、TEM觀察了樣品的微觀形貌，每個(gè)納米顆粒都是呈長(zhǎng)方體的，長(zhǎng)方體的長(zhǎng)、寬、高分別為250nm、100nm、70nm；測(cè)試了BFO納米粉的拉曼光譜圖，圖示信息與XRD譜圖對(duì)應(yīng)一致，證明BFO納米粉為扭曲的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)；分析了BFO納米粉末的成形機(jī)理；測(cè)試了室溫下的磁滯回線，樣品的剩余磁化強(qiáng)度(Mr)和矯頑場(chǎng)(Hc)分別達(dá)到0.054emu/g和1026.4Oe，此數(shù)

3、據(jù)優(yōu)于以往的報(bào)道。
　　2、運(yùn)用基于密度泛函理論的第一性原理對(duì)水熱法制備出的BFO粉末結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算；擬合了BFO的結(jié)構(gòu)圖，計(jì)算得到BFO的總態(tài)密度圖和各分態(tài)密度圖；從總態(tài)密度圖中可以看出樣品的磁性很弱，從各分態(tài)密度圖中可以看出各個(gè)位置的鐵原子和鉍原子對(duì)BFO的磁性沒(méi)有貢獻(xiàn)，磁性來(lái)源于氧原子，深入分析得出樣品中的磁性來(lái)源為四號(hào)氧原子的p電子；分析得出BFO為直接帶隙半導(dǎo)體，帶隙寬度1eV。
　　3、采用溶膠凝膠法在Si(11

4、1)襯底上制備了純相的BFO薄膜，得到了BFO薄膜的最佳成相工藝條件；通過(guò)熱重-差熱分析，以及XRD譜圖研究得出退火溫度選取500°C為BFO薄膜成相的最佳溫度；從場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡圖中可以看出隨著退火溫度的提高，樣品的結(jié)晶程度越來(lái)越好，晶粒越來(lái)越大，但是樣品的致密程度變差；樣品的厚度為400nm左右；測(cè)試了500°C退火的純相BFO薄膜的電滯回線，剩余極化強(qiáng)度為1.93μC/cm2，但是電滯回線不飽滿，可能是由于漏電流大引起的；測(cè)試了純相

5、樣品的磁滯回線，可以看出BFO薄膜呈反鐵磁性，樣品的矯頑場(chǎng)大小為1035.1Oe。
　　4、采用溶膠凝膠法制備出了鑭系金屬摻雜的0.9BiFeO30.1RFeO3(R=La,Pr,Nd,Sm)薄膜和純相BFO薄膜；運(yùn)用XRD譜圖分析得出經(jīng)過(guò)摻雜的樣品并沒(méi)有發(fā)生結(jié)構(gòu)相變；從FESEM圖中可以看出，純BFO薄膜晶粒致密性不好，經(jīng)過(guò)摻雜的樣品致密性普遍優(yōu)于純BFO薄膜；測(cè)試了各樣品的拉曼光譜圖，從圖中可以看出各樣品峰的位置和形狀比較相似