论文部分内容阅读
在各种不同类型的多铁性材料中,BiFe03是为数不多的具有室温磁性和铁电性的多铁性材料,受到了研究人员的广泛关注。BiFe03陶瓷及BiFe03基固溶体具有优异的铁电、压电及多铁性能,非常有希望用作无铅铁电、压电及磁电器件。然而,在高温烧结制备块体的过程中,由于Bi3+的挥发使得体系很容易出现Fe2+和氧空位等缺陷,导致体系漏电严重,难以获得较好的铁电性能。因此必须通过掺杂、优化制备方法等改进BiFe03陶瓷的电学和磁性能。我们通过BiFe03与其他钙钛矿结构的铁电体形成固溶体,引入准同型相界的方式来提高体系的磁性和铁电性能。研究结果如下:1.化学替代是调控功能材料的电学和磁学特性的一个重要手段。用改进的Pechini 法制备了(1-X)Ba0.1Sr0.9TiO3-xBiFe03(0.2 ≤ × ≤ 0.8)陶瓷。X 射线衍射图谱表明随着Ba0.1Sr0.9TiO3含量的增加,样品的结构逐渐由菱方结构向四方结构转变。介电-温度谱结果表明,改变Ba0.1Sr0.9TiO3的含量可以在较宽的温区(260-885 K)范围调制体系的铁电相变温度TC。此外,在BiFe03含量较高的样品中观察到室温铁电性和铁磁性的共存以及本征的磁介电效应。磁滞回线和磁介电结果都表明Ba0.1Sr0.9TiO3的引入打破了 BiFeO3的螺旋磁结构,且随着Ba0.1Sr0.9TiO3含量增加,从螺旋磁结构到共线反铁磁结构转变的临界场减小。这些研究结果表明这类材料非常有希望用在BiFeO3基磁电器件和电卡制冷技术上。2.我们采用改进的Pechini法制备了三元的(1-x)(0.94Bi0 5Na0.5TiO3-0.06BaTiO3)-xBiFeO3(0 ≤×≤0.9)固溶体块体。X射线衍射图谱表明随着BiFe03含量增加,样品的晶体结构逐渐由菱方/四方共存的准同型相界结构向单一的菱方结构转变。在x≥0.6的样品中观察到室温铁磁性,源于BiFeO3的螺旋自旋结构的抑制和反铁磁自旋序的倾斜。此外,06≤x≤0.8的样品还具有优异的铁电性能,最大剩余极化强度Pr=44.7 μC/cm2,与 PUND(positive-up negative-down)测试结果相吻合,表明铁电性是本征的,排除了漏电流对Pr的贡献。3.我们用改进的 Pechini 法制备了三元的(1-x)((1-y)BiFeO3-yBi0.5Na0.5TiO3)-xCaTiO3固溶体陶瓷。X射线衍射图谱表明随着CaTiO3含量的增加,样品的晶体结构逐渐由菱方R3c向正交Pbnm转变,而Bi0.5Na0.5TiO3的引入会使体系的相界向CaTiO3移动,并通过用直线连接二元BiFeO3-CaTiO3 和二元的 Bi0.5Na0.5TiO3-CaTiO3 相界的方法,确定了三元BiFeO3-Bi0.5Na0.5TiO3-CaTiO3的相图。样品由菱方结构向正交结构转变时,磁性连续变化,BiFeO3的螺旋磁结构被打破,反铁磁倾斜。剩余磁化强度Mr随Fe含量的变化及不同组分样品的M-T曲线都说明长程磁有序与B位Fe含量有关,增加Bi0.5Na0.5TiO3或CaTiO3会稀释磁性子格,并给出了获得长程磁有序的Fe含量的阈值。相界附近样品的铁电性最好。形貌和介电证实相界处的样品更致密,介电常数更大,介电损耗和漏电流更小。