掺杂BiFeO3-BaTiO3多铁陶瓷的性能研究

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钙钛矿结构氧化物由于其丰富的物理特性,如铁电性、铁磁性、介电性、压电性等,成为了材料学家们关注的热点,在许多领域有着广泛的应用,如工业催化、传感器、磁存储等。本文首先介绍了钙钛矿结构氧化物的基本结构和物理性质,在此基础上,制备了不同掺杂的BiFeO3-BaTiO3基多铁陶瓷,深入研究了陶瓷的微观结构、铁电性、磁性等,并具体分析和讨论了掺杂氧化物对其物理性质的影响。多铁性材料由于存在着磁电耦合效应,在磁传感器、换能器件及存储器等技术领域均有广泛的应用前景。多铁材料中的铁酸铋(BiFeO3)是目前材料学研究和深入探索的热点之一。BiFeO3多铁材料有着较高的铁电居里温度(Tc~1103K)和反铁磁奈尔温度(TN~643K),同时具有较强的铁电性和较弱的铁磁性。本论文中,我们以BiFeO3-BaTiO3多铁材料为研究对象,主要开展了如下工作:(1)分别将 1.Omol%的 La2O3、ZnO、Cr2O3 掺杂到 0.675BiFeO3-0.325BaTiO3中,通过固相烧结法制备一系列的样品,并对材料的微观结构、介电性能、磁性能和铁电性能等做了深入研究。实验结果表明,掺入La2O3、ZnO、Cr2O3后,材料均为无杂相的钙钛矿结构,未经掺杂的陶瓷样品平均晶粒大小大约为415 nm。掺有La2O3陶瓷样品的平均晶粒大小约为325 nm,且晶粒大小分布不均,在95~845 nm范围内变化,掺有ZnO和Cr2O3组分平均晶粒大小分别为575nm和403 nm,分布也更为均匀;掺入La2O3、ZnO、Cr2O3后,陶瓷样品的压电性能和铁电性能均有轻微的下降;ZnO和Cr2O3的掺入明显增强了0.675BiFeO3-0.325BaTiO3的磁性,而La2O3的掺入则无明显变化。(2)通过固相烧结法制备了 0.725BiFeO3-0.275BaTiO3:(xSrZrO3 +yMnO2)(x,y=0,0.01,0.02,0.05,0.075)系列陶瓷样品,深入探索了 SrZrO3和MnO2的掺入对其微观结构、介电性能、铁电性能和铁磁性能的影响。实验结果表明,掺入SrZrO3和MnO2后,陶瓷样品均表现为无杂相的钙钛矿结构,SrZrO3和MnO2的掺杂均使得陶瓷的晶粒有了不同程度的增大,而铁电性有较小的减弱;随着SrZrO3含量的增加,陶瓷样品的铁磁性有着明显的降低,而掺入MnO2后,陶瓷样品的铁磁性有明显的增强。
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