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将二价碱土金属离子T2+(T=Ca,Sr,Ba)掺入含有稀土(RE=La,Pr,Sm,Nb,Gb)元素的3d过渡族金属Mn氧化物RE-Mn-O中所形成的掺杂稀土锰氧化物材料,由于在外加磁场的作用下具有特殊的超大巨磁电阻效应而引起了科学界的广泛关注。起初,超巨磁电阻材料主要被应用于磁存储方面,随着研究的深入,它的应用逐渐扩展到了敏感元件方面,如利用材料的激光感生电压制备激光功率/能量探测器,以及利用材料电阻在转变温度附近发生剧烈变化的特点制备光热辐射探测器等等。
本文以固相烧结作为制备La-Ca-Mn-O超巨磁电阻多晶陶瓷的主要方法,首先,通过比较不同预烧时间与烧结温度下陶瓷的R-T性能确定最佳烧结条件;随后,制备了一系列不同钙含量的La1-xCaxMnO3(x=0.15,0.25,0.30,0.33,0.35,0.37,0.40,0.45,0.50)多晶陶瓷,通过R-T性能的比较,确定体系的最佳组分;接着,在最佳组分La0.67Ca0.33MnO3中通过掺入金属Ag来调节陶瓷的R-T特性以及磁电阻效应;最后,采用额定功率为150W的连续二氧化碳激光器对La0.67Ca0.33MnO3陶瓷进行辐照,研究激光对于材料的表面改性作用。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼散射、电阻随温度变化曲线(R-T)、磁电阻随温度变化曲线(MR-T)等测量方式对材料的晶格结构、组分、微观结构、电输运特性、磁学特性分别进行了分析测试。
通过R-T性能的比较,将最佳烧结条件确定为:预烧1000℃10h和正式烧结1050℃12h,并确定La0.67Ca0.33MnO3为最佳组分。在La0.67Ca0.33MnO3的R-T曲线图中出现了类似双电阻峰的现象,采用eg电子在晶体内分布不均所导致的相分离等理论对这种现象进行了合理的解释。向La0.67Ca0.33MnO3中掺入2-15wt%的Ag之后可以很好的提高体系的绝缘体-金属态的转变点和磁电阻效应,其中以4wt%的掺Ag量为最佳;激光辐照在对绝缘体-金属转变点影响不大的基础上增强了材料的电阻对温度的敏感性,这一特点为材料在光探测和测辐射热仪方面的应用提供了技术基础。