La1-x(Ca,Sr)xMnO3:Agy多晶陶瓷材料制备及其电学性能研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:deiaw
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钙钛矿结构锰氧化物R1-xAExMnO3(R=La3+、Ce3+;AE=Ca2+、Sr2+、Ba2+、Pb2+等)在电学和磁学性能方面有着优异的性能,这可以应用在制备磁存储器、磁探测器、自旋电子设备和红外探测器等器件,具有着重要的应用和研究价值。但是由于大部分的钙钛矿材料的金属-绝缘转变温度(TMI)、电阻温度系数(TCR)和磁阻(MR)都是在低于室温条件下获得的,并且在外加强磁场(大于1 T)下才能获得的最大性能,这无疑限制了材料在实际生产中的应用。因此,对于如何在非制冷条件下使用且拥有陡峭的金属-绝缘转变特性及更大的磁电阻效应的材料成为这一体系研究的主要内容。本论文结合参照La1-xCaxMnO3和La1-xSrxMnO3磁相图的特点,通过溶胶-凝胶法制备La1-x(Ca,Sr)xMnO3多晶陶瓷材料样品。先选定x的数值,然后优化Ca、Sr的比例,制备出峰值TCR温度(Tk)和峰值MR温度(Tm)达到室温的样品;最后通过不同含量Ag2O的掺杂,进一步提高样品的峰值TCR和MR数值,并且系统研究La1-x(Ca,Sr)xMnO3:Agy多晶陶瓷材料的电学和磁学性能。通过改变A位离子组分制备出一系列La1-x(Ca,Sr)xMnO3多晶陶瓷材料的样品,采用四探针法测试其电阻率随温度变化ρ-T曲线,可以初步了解每种组分样品的特征。实验结果表明,所有样品都具有的单相钙钛矿晶体结构。随着x的含量逐渐增大时,TMI往低温段偏移。在测试温度范围内,当组分比0.6MI和Tk同时处于室温下且峰值TCR和MR数值较高的多晶陶瓷材料。本实验通过改变Ag2O的含量,在1723 K的烧结温度下制备了La0.67(Ca0.3Sr0.03)MnO3:Agy多晶陶瓷。Ag2O掺杂使样品的晶粒长大,晶粒尺寸增大,晶界数减少,晶界散射减少,降低了多晶陶瓷的电阻率,从而改变了晶粒尺寸并提高了样品的电导率。在y=0.2时,峰值TCR达到最大值为11.2%K-1,Tk为281.5 K仍低于室温。因此,再次通过优化材料的组分比,使样品的Tk处于室温下,进一步提高TCR的数值。由于A位离子组分的变化对样品的Tk温度有较大的影响,因此制备了La0.7(Ca0.3-xSrx)MnO3多晶陶瓷,然后通过Ag2O的掺杂提升多晶陶瓷的性能。当Sr的含量为0.095时,此时样品的TMI达到了室温水平300 K;峰值TCR为13.78%K-1,对应Tk温度为299.2 K;峰值MR为26.41%,对应的Tm温度为302.6 K。使用Ag2O对La0.7(Ca0.205Sr0.095)MnO3样品进行掺杂时发现,在不改变样品的TMI、Tk和Tm温度下,可以极大的提高TCR和MR的数值。La0.7(Ca0.205Sr0.095)MnO3:Agy多晶陶瓷的峰值TCR和MR的数值随着Ag2O的含量先增大后减少,当掺杂量为y=0.2时,此时的峰值TCR为17.26%K-1(Tk=299.9 K),峰值MR为30.34%(Tm=300.93 K)。在国内外的研究中对La为0.8这一组分体系的研究相对较少,且大多数的工作都是集中在强磁场下,才能使样品的CMR效果达到最大,这无疑限制了它在电磁材料和器件领域的实际应用。因此本实验在低强度磁场下,通过Ag2O掺杂改变样品的电磁学性能,获得较大的TCR和MR以满足实际应用。实验在La0.8(Ca0.12Sr0.08)MnO3:Ag0.3样品的TMI达到室温的基础上中,制备出一系列的La0.845Sr0.155MnO3:Agy多晶陶瓷样品。结合测试结果表明,Ag在样品中以单质和离子的两种形式存在,并且Ag+离子取代了A位阳离子,这增加了Mn-O键长和Mn-O-Mn键角,晶格常数发生改变。Ag掺杂驱使多晶陶瓷中的Mn3+趋向于Mn4+的转换,从而促进了电子在Mn3+-O2--Mn4+之间的迁移率。对于La0.845Sr0.155MnO3:Ag0.2的样品,峰值TCR和MR最佳值分别达到17.54%K-1和34.58%,Tk和Tm分别为300.04 K何303.83 K移至室温条件下。
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