溶液络合法制备BiFe1-xCrxO3系多重铁性陶瓷粉体

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作为一种典型的单相多铁性材料,铋铁氧体(BiFeO3)具有钙钛矿结构,是少数在室温下同时具有铁电性和磁性的材料之一,室温下呈反铁磁有序(尼尔温度为673K)和铁电有序(铁电居里温度为1103K)。BiFeO3剩余极化值pr可达到90μC/cm2,接近强铁电材料锆钛酸铅(PbZrxTi1-xO3)的性能,成为无铅铁电材料的重要候选材料之一。因而,BiFeO3在新型存储器件,自旋电子器件方面都有着广泛的应用前景并受到了广泛的关注。目前,尽管通过解决BiFeO3薄膜的漏导获得了大的剩余极化,其室温下弱的磁性却没有得到大的改善,离应用还有差距。因此如何增强BiFeO3的磁性是目前需要解决的最主要的问题。另一方面,BiFeO3中Fe容易出现变价,导致漏导增加,也影响其本身的磁性质。因此如何获得纯的单相BiFeO3和探索提高其铁磁性能的方法是很有意义的工作。  本文的研究目的在于通过简单的基于乙二胺四乙酸(EDTA)络合的溶胶-凝胶法来制备纯的BiFe03,并能够获得一个较低的烧结温度,保证BiFeO3的陶瓷粉体有良好的活性,能压制和烧结出密实且电磁藕合性能良好的BiFeO3陶瓷片。此外,通过制备B位掺杂Cr的BiFeO3陶瓷粉体,以期改善BiFeO3的电磁性能。  本文的主要研究内容和结果摘要如下:  (1)采用EDTA作为络合剂,氨水作为pH值的调解剂,用简单的溶胶凝胶工艺制备出纯的BiFeO3陶瓷粉体。制备了不同的铋铁摩尔比的前驱体溶液,以研究铋的氧化物在高温下挥发对产物的影响。并通过对铋过量3mol%和5mol%的试样在不同温度下锻烧后的试样的分析,来探察其前驱体形成陶瓷粉体的微观变化。  (2)采用与(1)相同的工艺制备了Fe位被少量Cr掺杂的铋铁氧陶瓷粉。通过XRD、SEM和红外光谱等的分析,发现Cr很难掺杂BiFeO3的B位。  (3)试验过程中发现虽然BiFeO3中的Fe位很难被Cr取代,而Fe2O3中的Fe位却很容易被Cr取代。故尝试了先合成铁铬氧化物,在600℃煅烧获得活性比较好的铁铬氧体,再用Bi的络合溶液包覆的方法制备掺杂Cr的铋铁氧陶瓷粉体。对其主要进行了XRD分析,没有得到预想的产物,铋和铁、铬分别形成了化合物。但是,对其电磁性能的测试结果显示,掺杂了Cr之后的产物的铁磁性能较之前有改进。但对其物相的分析还有待深入。  (4)本文还对试样的性能分析的手段主要为XRD,再辅以差热分析,红外光谱分析和SEM特别进行了对BiFeO3制备过程中杂质的去除分析。  本课题的研究为单相BiFeO3的制备开通了一个新层面的研究,为Cr掺杂的BiFeO3的制备提供了一个新思路。
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