A位替代對(duì)BiFeO-,3-陶瓷結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能的影響.pdf

1、A位替代有效的改善了BiFeO3陶瓷的直流電阻率、介電和鐵電特性，少量的摻雜可以明顯改善BiFeO3樣品的電極化性能。本實(shí)驗(yàn)利用快速液相燒結(jié)法制備Bi1-xErxFeO3(x=0，0.05，0.1，0.2)系列陶瓷樣品；不同燒結(jié)溫度下，利用傳統(tǒng)固相反應(yīng)法制備Bi0.7Ba0.3FeO3陶瓷樣品。運(yùn)用C射線衍射對(duì)樣品進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，測(cè)量了樣品的電阻率、介電性能參數(shù)和電滯回線，并對(duì)這些樣品的結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。研究結(jié)果表明：

2、 (1)快速液相燒結(jié)法制備的BiFeO3晶體，在20=28.56-31.32°之間沒有發(fā)現(xiàn)雜相Bi2Fe4O9衍射峰的存在，獲得單相BiFeO3陶瓷樣品。Bi1-xErxFeO3(x≤0.2)系列陶瓷樣品為扭曲的斜方六面體鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，Er的摻雜沒有改變BiFeO3的晶體結(jié)構(gòu)。用Er對(duì)BiFeO3進(jìn)行A位替代時(shí)，在新相產(chǎn)生之前Er的最佳替代量應(yīng)少于0.2。Bi0.7Ba0.3FeO3陶瓷樣品為正交晶系結(jié)構(gòu)，主衍射峰與純相BiFeO3一致

3、，燒結(jié)溫度在870℃以上時(shí)樣品有較好的結(jié)晶度。 (2)純相BiFeO3樣品的電阻率隨溫度的升高而下降，在T=380℃附近電阻率出現(xiàn)異常，表明鐵磁相向順磁相轉(zhuǎn)化。在室溫下，Bi1-xErxFeO3樣品的直流電阻率隨替代量x的增加先增加后減小，在X=0.1時(shí)，樣品的電阻率達(dá)到最大值(1.49×1011Ωcm)，比未摻雜時(shí)BiFeO3樣品的電阻率(2.73×10.Ωcm)提高了2個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，從減少漏導(dǎo)電流和增大電阻率的角度來說，用

4、Er對(duì)BiFeO3進(jìn)行A位替代時(shí)，Er的最佳替代量為0.1。在不同燒結(jié)溫度下，Bi0.7Ba0.3FeO3樣品的電阻率是不同的，燒結(jié)溫度在870℃以上，Bi0.7Ba0.3FeO3陶瓷樣品的電阻率達(dá)到10.Ωcm，樣品具有較高的電阻率。樣品電流隨測(cè)量電壓的增加呈線性增加的趨勢(shì)。 (3)Bi1-xErxFeO3系列樣品的介電性能和Bi3+的孤立電子對(duì)有關(guān)。樣品的介電常數(shù)和介電損耗都隨頻率的增加而減小，少量的Er替代可以明顯減小樣品

5、的介電常數(shù)隨頻率變化，提高介電常數(shù)的頻率穩(wěn)定性，而在特定頻率下樣品的介電常數(shù)隨著替代量的增加先增加而后又減小。對(duì)于介電損耗，Er替代后的樣品的介電損耗都要低于未替代時(shí)樣品的介電損耗，同時(shí)隨著Er替代量的增加樣品的介電損耗出現(xiàn)了先減小后增加的變化情況，在x=0.1時(shí)，介電損耗達(dá)到最小值。樣品的交流電導(dǎo)率隨頻率的增加而增加，Er的替代使得樣品的交流電導(dǎo)率減小，在x=0.1時(shí)，電導(dǎo)率達(dá)到最小值，這與直流測(cè)量的結(jié)果一致。對(duì)于Bi07Ba0.3F

6、eO3樣品，在一定的溫度區(qū)間內(nèi)，介電常數(shù)隨燒結(jié)溫度的升高而增加。在低頻區(qū)830℃燒結(jié)的樣品的介電損耗比較大，而對(duì)應(yīng)于870℃和900℃兩個(gè)燒結(jié)溫度的樣品介電損耗有了明顯的減小，在高頻區(qū)介電損耗對(duì)燒結(jié)溫度的依賴性不大。樣品的交流電導(dǎo)率隨燒結(jié)溫度的升高而增大。 (4)室溫下，測(cè)量了Bi1-xErxFeO3和Bi0.7Ba0.3FeO3樣品的電滯回線，結(jié)果表明：A位替代使得BiFeO3陶瓷樣品的剩余極化有了大幅度的提高。在28 kV/

7、cm的外加電場(chǎng)下，測(cè)得純相BiFeO3陶瓷的剩余極化值為2.3μC/cm2，沒有獲得飽和的電滯回線。少量的Er替代可以明顯提高BiFeO3陶瓷樣品的Pr值，例如摻雜量x=0.05時(shí)，Bi0.95Er0.05FeO3樣品的剩余極化值(Pr)為10.9μC/cm2，樣品的Pr值達(dá)到極大值。Ba替代以后BiFeO3陶瓷樣品的剩余極化值也有了明顯的提高。在20 kV/cm的外加電場(chǎng)下，燒結(jié)溫度為900℃的Bi0.7Ba0.3FeO3樣品的Pr值