Eu和Co共摻雜對鐵磁電材料BieO3介電、磁電耦合效應(yīng)的影響.pdf

1、通過對鈣鈦礦結(jié)構(gòu)BiFeO3陶瓷進行A、B位的替代摻雜,研究了Eu、Co共摻對其介電特性和磁電耦合效應(yīng)的影響。實驗采用快速固相反應(yīng)法制備了A位Eu摻雜、B位Co摻雜的系列陶瓷樣品Bi1-xEuxFe1-yCoyO3(x=0、0.01、0.05、0.1;y=0、0.01、0.05、0.1),采用DX-2000 X射線衍射儀對樣品進行XRD物相檢測,采用Agilent4294A阻抗分析儀在40 Hz-1 MHz范圍內(nèi)測量樣品的介電性能,利用

2、HP3458A型萬用表在室溫下測量樣品的電阻率隨摻雜量的變化。研究結(jié)果表明:
　　 (1)、從XRD物相分析圖像上看,通過快速固相反應(yīng)法制備的沒有摻雜的BiFeO3樣品,沒有雜相峰的產(chǎn)生,獲得了單相的BiFeO3樣品,而Eu、Co共摻的系列陶瓷樣品Bi1-xEuxFe1-yCoyO3均為三方鈣鈦礦結(jié)構(gòu),當Eu、Co的摻雜量為0.01時可以獲得單相的Bi1-xEuxFe1-yCoyO3陶瓷樣品。當Eu、Co摻雜量大于等于0.05時

3、在2e為25和30之間出現(xiàn)Bi12Co0.6O18.8雜相峰,特別是隨著Eu、Co量的增加,雜相Bi12Co0.6O18.8所對應(yīng)的衍射峰明顯增強。所以,對于Eu、Co共摻的Bi1-xEuxFe1-yCoyO3陶瓷樣品,最好的替代量應(yīng)該是Eu、Co的摻雜量小于0.05。
　　 (2)、對于所有樣品,其介電常數(shù)都隨著頻率的增加而減小。對于沒有摻雜的BiFeO3陶瓷樣品,和摻雜的Bi1-xEuxFe1-yCoyO3系列陶瓷樣品相比其

4、介電常數(shù)比較小,但是沒有摻雜的BiFeO3陶瓷樣品的介電常數(shù)隨頻率的變化比較小,介電常數(shù)的頻率穩(wěn)定性比較高。在特定頻率下,樣品的介電常數(shù)隨著Eu、Co的摻雜量的增加,出現(xiàn)了先增大后減小的變化。摻雜少量的Eu3+、Co3+可以改善BiFeO3樣品的介電性能,Eu、Co摻雜后樣品的介電常數(shù)ε均比未摻雜時顯著提高,測量頻率為1000Hz時,Bi0.99Eu0.01Fe0.99Co0.01O3陶瓷樣品的介電常數(shù)為1790.5,比未摻雜的BFO樣

5、品提高了近一個數(shù)量級。對樣品的介電損耗的測量可以看出,所有樣品的介電損耗隨著頻率的增加而減小。Eu、Co的摻雜可以顯著減小樣品的介電損耗,特別是當Eu、Co的摻雜量為0.01時樣品Bi0.99Eu0.01Fe0.99Co0.01O3的介電損耗最小,但是隨著摻雜量的增加,介電損耗出現(xiàn)了比較復(fù)雜的變化。當Eu=0.05、Co=0.05時樣品的介電損耗最大,然而當Eu、Co=0.1時介電損耗又下降。所以從提高樣品介電特性方面來看,Eu、Co最

6、佳摻雜量為0.01。
　　 (3)、利用HP4294A精密阻抗分析儀,在外磁場的作用下,在特定的頻率測量樣品的介電常數(shù)隨磁場的變化,其實驗結(jié)果顯示:沒有摻雜的BiFeO3陶瓷樣品的介電常數(shù)在特定頻率下隨磁場的變化很小,說明純的BiFeO3陶瓷樣品的磁電耦合效應(yīng)很弱。Eu、Co摻雜的Bi1-xEuxFe1-yCoyO3系列陶瓷樣品的介電常數(shù)基本上都是隨著磁場的增加而增加,表現(xiàn)出相應(yīng)的磁電耦合效應(yīng),在特定頻率下,樣品Bi0.99Eu

7、0.01Fe0.99Co0.01O3和樣品Bi0.95Eu0.05Fe0.95Co0.05O3呈現(xiàn)出較強的磁電耦合效應(yīng):測量頻率為10kHz時、樣品在4500Gs磁場下的MD值分別達到了3.2％和4.37％,與未摻雜的BFO樣品相比,分別提高了20和25倍。但是樣品Bi0.99Eu0.01Fe0.9Co0.1O3的介電常數(shù)在磁場強度為3500高斯時出現(xiàn)了減小的趨勢。所以從提高樣品的磁電耦合系數(shù)方面來說,最佳的摻雜量為Eu=0.05、Co

8、=0.05。
　　 (4)、Eu、Co的摻雜使樣品的電阻率發(fā)生很大的變化,隨著Eu、Co摻雜量的增加,樣品的電阻率呈現(xiàn)先增大后減小的現(xiàn)象,當Eu、Co摻雜量為0.01時樣品的電阻率達到最大值,而當Eu、Co摻雜量為0.05時樣品的電阻率達到最小值,當Co的含量為0.01時,樣品的電阻率隨Eu的摻雜量的增加而減小,但減少的幅度很小。Co的含量對摻雜樣品的電阻率影響比較大,當Co的含量大于等于0.05時,樣品的電阻率有很大幅度的下降