论文部分内容阅读
多铁性材料由于其具有的磁电效应而成为了自旋电子器件、信息存储、传感器等领域的优选材料。其中，BiFeO3是少有的在室温下同时具备铁电性（居里温度约820℃）与反铁磁性（奈尔温度约370℃）的多铁性材料，引起人们的广泛关注。但由于纯相材料难制备、磁性弱与漏电流大等问题抑制了BiFeO3材料的应用。本文着重于研究薄膜制备、掺杂改性与固溶改性的手段对BiFeO3材料的性能影响，主要研究内容如下: 1.BiFeO3与Bi0.9La0.1FeO3薄膜的制备与性能研究 采用脉冲激光沉积法(PLD)制备BiFeO3与Bi0.9La0.1FeO3薄膜。XRD表征确定BiFeO3与Bi0.9La0.1FeO3薄膜均为纯相，且外延生长。 BiFeO3薄膜与Bi09La0.1FeO3薄膜室温下均具有狭条状的电滞回线，剩余极化强度分别为0.016μ C/cm2、0.226μC/cm2;同时发现薄膜样品具有很大的漏导，表明大的漏电流引起了铁电性能的恶化。另外，La掺杂能降低了BiFeO3薄膜的漏电流、提高了薄膜的铁电性。 BiFeO3薄膜室温下具有弱磁性，剩余磁化强度为0.00152emu/g;Bi0.9La0.1FeO3薄膜室温下呈铁磁性，其剩余极化值、饱和磁化强度分别为:0.171emu/g、0.721 emu/g。Bi0.9La0.1 FeO3薄膜表现出了较强的铁磁性，原因在于La元素对Bi元素的替代使得Bi0.9La0.1FeO3的磁结构发生了偏转，其螺旋反铁磁结构被破坏，产生了剩余磁性，因而表现出了宏观磁性。 2.Ho、Cr共掺BiFeO3陶瓷的制备与性能研究 利用固相烧结与稀硝酸洗滤法制备出高致密的纯相Bi0.9Ho0.1Fe1-xCrxO3(BHFCO，x=0.005、0.01、0.05、0.1)陶瓷，XRD测试确定BHFCO陶瓷均具有简单钙钛矿结构，属于R3c点群，并且晶格参数随Cr掺杂量增加而减小。 室温下BHFCO陶瓷均具有饱和的磁滞回线，且随Cr掺杂量的增加，BHFCO陶瓷的饱和磁化强度与剩余磁化强度均单调增加，其最大值分别为3.030、0.742emu/g。Ho、Cr共掺强化磁性的原因在于Cr3+离子与Fe3+的超交换作用以及掺杂后BFO基陶瓷螺旋反铁磁结构受到扭曲而释放潜在磁性。 BHFCO陶瓷具有饱和的室温电滞回线，其剩余极化值于Cr:0.05时达到最大为20.25μC/cm2。由X射线光电子能谱测试(XPS)确认Ho、Cr共掺抑制Fe元素的变价，强化BHFCO陶瓷铁电性。BHFCO陶瓷在320与780℃附近分别具有磁相变点与铁电相变点;随Cr掺杂量的增加，磁相变点与铁电相变点均向低温方向偏移。 3.Bi0.9La0.1FeO3/BaTiO3固溶陶瓷的制备与性能研究 利用固相烧结制备出纯相(1-x)Bi0.9La0.1FeO3/xBaTiO3(BLFO/BTO，x=0.1、0.2、0.3、0.4)陶瓷，XRD测试确定BLFO/BTO陶瓷均具有钙钛矿结构，并且晶格参数随BTO固溶量增加而增加。 BTO固溶能加化了BLFO/BTO陶瓷的磁性。随BTO固溶量的增加，BLFO/BTO陶瓷的矫顽场与剩余磁化强度均单调增加，其最大值分别为3780Oe、0.0756emu/g。 BLFO/BTO(0.3)陶瓷具有优秀的铁电性、压电性与介电性，剩余极化强度与压电系数分别为16.62uC/cm2、20pC/N。其优秀电学性能主要来自于三方与四方共存的准同型相界。随BTO固溶量的增加，BLFO/BTO体系的居里温度向低温处漂移。