溶膠凝膠法制備BiFeO-,3-納米顆粒及其磁性質(zhì)研究.pdf

1、多鐵性材料是一種因為結(jié)構(gòu)參數(shù)有序而導(dǎo)致鐵電性(反鐵電性)、鐵磁性(反鐵磁性)、鐵彈性同時存在的多功能材料。鐵酸鉍(BiFeO3)作為一種典型的單相多鐵性材料,具有遠高于室溫的反鐵磁奈爾溫度(TN)和鐵電居里溫度(Tc),是目前唯一在室溫條件下同時表現(xiàn)出鐵電性與磁性的材料。已有的研究表明BiFeO3的磁結(jié)構(gòu)比較特殊,其基態(tài)是反鐵磁態(tài),磁相變發(fā)生在TN~643K。然而中子散射實驗揭示BiFeO3反鐵磁自旋序是不均勻的,呈現(xiàn)一種空間調(diào)制結(jié)構(gòu),

2、其自旋表現(xiàn)為非公度正弦曲線排列,波長(或周期)約為～62nm。這一調(diào)制結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致各個離子磁矩相互抵消,使得宏觀尺寸的BiFeO3在室溫下僅表現(xiàn)出很弱的反鐵磁性,嚴重阻礙了其實際應(yīng)用的發(fā)展。
　　 本文主要采用溶膠凝膠法制備BiFeO3納米顆粒,并研究溶膠蒸干溫度、超聲輻射以及Eu離子摻雜對BiFeO3納米顆粒的微結(jié)構(gòu)、成分以及磁性質(zhì)的影響,具體研究內(nèi)容如下:
　　 1)我們采用溶膠凝膠法,在不同的溶膠蒸干溫度(80和15

3、0℃)以及相同的燒結(jié)溫度(550℃)下,分別制備了兩種BiFeO3納米顆粒。X射線衍射(XRD)數(shù)據(jù)表明,兩種樣品具有相似的BiFeO3結(jié)構(gòu)。雖然兩種樣品均表現(xiàn)出室溫的鐵磁性,然而150℃蒸干的樣品磁性要遠大于80℃蒸干的樣品。利用高分辨率透射電子顯微鏡(HRTEM)和X射線光電子能譜(XPS)對樣品進行測試,可以發(fā)現(xiàn)增強的磁性來源于溶膠在較高溫度蒸干過程中所產(chǎn)生的γ-Fe2O3雜相,并且該雜相在經(jīng)過550℃燒結(jié)后仍然保留在樣品中。我們

4、的研究結(jié)果表明在溶膠凝膠法制備BiFeO3納米顆粒的過程中,溶膠蒸干溫度對于BiFeO3納米顆粒的成相起著至關(guān)重要的作用。相關(guān)工作已投稿至MaterialsChemistry andpHysics。
　　 2)我們將超聲輻射引入到溶膠凝膠法制備BiFeO3納米顆粒的實驗工藝中。研究表明:與未經(jīng)超聲輻射處理的樣品相比,超聲輻射后的樣品室溫鐵磁性得到了明顯的增強。通過對不同樣品進行不同氣氛條件下的后退火處理,并結(jié)合XRD、HRTEM

5、、XPS等測試手段,我們分析了超聲輻射在增強BiFeO3納米顆粒磁性方面的作用主要體現(xiàn)在兩個方面,一是超聲輻射導(dǎo)致BiFeO3納米顆粒尺寸減?。欢浅曒椛鋵?dǎo)致BiFeO3納米顆粒表面存在氧空位。相關(guān)工作已投稿至Nanotechnology。
　　 3)我們采用溶膠凝膠法并結(jié)合快速熱退火工藝制備了不同Eu摻雜量的BiFeO3納米顆粒。采用XRD、拉曼散射譜(Raman)、傅立葉紅外透射光譜(FTIR)、XPS等測試手段對樣品的微