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ABO3型三元氧化物由于具有稳定的晶体结构、独特的电磁性能(铁电、顺电、压电、反铁电)以及很高的氧化还原、氢解、异构化、光催化等活性,在存储材料、电子学、环境保护、工业催化和光催化等领域具有很大的应用潜力;因此,ABO3型三元氧化物是当前极具发展前景的新型功能材料之一。论文就YMnO3、BiFeO3等重要ABO3型三元氧化物的合成、掺杂和其多种性能进行了探讨,主要研究结果如下:
用溶剂热法和高温烧结法合成了YMnO3及Fe、Co、Ni掺杂YMnO3纳米颗粒。随着Fe掺杂量的增加,六方结构YMnO3始终保持在六方相结构P63cm内,但当掺杂量达15%时,出现了六方高温相P63/mmc。而当少量Co、Ni的掺杂,就使YMnO3结构中出现了正交相,当掺杂量达30%时结构完全变成了正交相。
有关YMnO3纳米颗粒及其Fe、Co、Ni掺杂物的研究很多,但大多数只是关注其铁电性质和磁性质,我们根据ABO3型三元氧化物气敏材料的特征,研究了Y(Fe,Co,Ni)xMn(1-x)O3的气敏性质,研究表明,Y(Fe,Co,Ni)xMn(1-x)O3纳米颗粒对多种气体有气敏响应,尤其是YMnO3和其铁掺杂物YMn(1-x)FxO3纳米颗粒对正丁胺、丙酮和乙醇具有很好的选择性和很高的响应,并有成为优秀气敏材料的潜质。我们还发现当铁掺杂含量较高时,六方结构的锰酸钇变成了高温相结构P63/mmc,高温相的掺杂物对正丁胺和乙醇的气敏响应最高。
我们进一步对YMnO3及其Fe、Co、Ni掺杂物纳米颗粒的结构和磁性之间的关系进行了研究,主要探讨了Y(Fe,Co,Ni)xMn(1-x)O3的磁性质随结构的变化规律。研究表明,正交相结构Y(Fe,Co,Ni)1-xMnxO3(x=0.3)纳米颗粒在2K下表现出铁磁性质,在室温下表现出反铁磁性质,尼尔温度较文献报道有所降低:处于正交结构中的YMnxCo1-xO3(x=0.3)具有很大矫顽场。
我们用溶胶凝胶法和高温固相合成法合成了二元固溶体系(1-x)BiFeO3-xLaMnO3(x=0-1),合成方法快速简单,并且产物纯度高。研究表明:随着LaMnO3掺杂量的增加,BiFeO3的结构发生了一系列的变化(三方-四方-立方-三方),当x=0-0.1时,结构保持在三方结构R3c中,当x=0.12-0.3时,结构处在四方相,x=0.3-0.75始终是保持在立方相结构中,而当x=0.8-1.0时,结构又回到了三方结构R-3c中。有意思的是,当温度在550-880℃时,在(1-x)BiFeO3-xLaMnO3(x=0-0.12)中出现了高温相正交相结构。我们对各种不同相的性质进行了探究,发现处于三方相R3c和四方相P4mm中的组分同时具有铁电性质和铁磁性质。