论文部分内容阅读
作为一种同时具有室温以上的铁电居里温度(TC1103K)和磁转变奈尔温度(TN643K)的单相多铁性材料,BiFe O3近年来受到了人们的广泛关注,究其原因主要是因为其磁性和铁电性之间存在耦合以及它们在数据存储、传感器和自旋电子元件等领域潜在的巨大应用价值。近几十年来对BiFe O3材料的研究主要集中在元素掺杂和纳米材料上如纳米颗粒、纳米线、纳米管、纳米棒。本文主要通过溶胶-凝胶法制备低浓度Tb以及Ba、K元素在Bi位掺杂的BiFeO3纳米颗粒,对其多铁性进行测试与分析。且采用静电纺丝法成功制备BiFe O3纳米线,并对其物理性能进行测试与分析。通过溶胶-凝胶法成功制备Tb掺杂的BiFeO3纳米颗粒。所有样品均为菱方相,并随着掺杂浓度的升高,颗粒尺寸发生了明显减小。不同于块体BiFe O3的弱铁磁性,我们制备的纳米颗粒表现出铁磁性。1%Tb3+掺杂的样品在50 kOe磁场下的磁化强度为1.73 emu/g,这与Lotey等人报道的10%Tb掺杂纳米颗粒在相同磁场下的磁化强度值相接近,甚至要高于有些文献报道的10%Gd或15%Pr掺杂的BiFeO3纳米颗粒的磁化强度值。XPS能谱分析表明高浓度的Fe3+是导致其磁性增强的一个重要原因。随着Tb掺杂浓度提高,氧空位的减少使样品漏电流减小,另外,样品光学带隙的减小主要是由于小颗粒表面不饱和键的增多使得能带展宽。接下来我们选取了异价的Ba2+和K1+来替代Bi3+,并且通过溶胶凝胶法制备了Bi0.9-xBa0.1Kx FeO3(x=0,0.01,0.02)纳米颗粒,Ba的主要作用是稳定BiFeO3的相与此同时抑制在烧结过程中Bi的挥发,所有样品都表现出了铁磁性,随着K1+掺杂浓度的升高,样品的磁性也逐渐提高,这主要归功于减小的Fe-O-Fe键角。我们还对所有样品进行了紫外吸收谱的测试,发现所有样品的带隙值没有发生很明显的变化,这主要是增加的氧空位数量与减小的Fe-O-Fe键角共同作用的结果。最后,采用静电纺丝法成功制备了不同退火温度(400oC、500oC、600oC)的BiFe O3纳米线。500°C和600°C退火的样品纳米线为颗粒链状结构,且400oC和500oC退火的样品的磁滞回线在约8 kOe的磁场下几乎达到了饱和状态,然而600oC退火的样品则显示出弱的铁磁性。另外我们对600oC退火的样品在5 K和300 K测试了磁滞回线以及通过零场冷却和场冷却的方法测试了M-T曲线(5K到350 K),并发现了样品的超顺磁行为。