不同尺度下的鐵酸鉍材料的制備及多鐵性和電輸運(yùn)性質(zhì)研究.pdf

1、多鐵性材料，被定義為材料至少擁有鐵電，鐵磁和鐵彈性中至少兩種性質(zhì)。鐵酸鉍(BiFeO3，BFO)作為一種典型的多鐵性材料，基于它高鐵電居里溫度(TC～1103K)和高反鐵磁尼爾溫度(TN～643K)，有望應(yīng)用于傳感器、存儲(chǔ)器和非線性光學(xué)器件等器件，成為備受關(guān)注的研究對(duì)象。鐵酸鉍的鐵電序來(lái)源于Bi3+離子的6s孤對(duì)電子的畸變，G型反鐵磁序則來(lái)源于Fe3+離子的62nm周期的自旋擺線結(jié)構(gòu)的調(diào)制。當(dāng)前，一些問(wèn)題的存在限制了塊體鐵酸鉍材料的應(yīng)用

2、，例如雜相的出現(xiàn)、漏電流太高以及鐵電轉(zhuǎn)換溫度差異過(guò)大等，此外，傾斜G型反鐵磁結(jié)構(gòu)所可能獲得的非零剩余磁化(Mr)也會(huì)被62nm周期的自旋擺線結(jié)構(gòu)的調(diào)制作用而抵消。為了改善這些問(wèn)題，本論文采取了兩項(xiàng)嘗試，以改變材料的物性，即摻雜進(jìn)入少量異價(jià)離子進(jìn)入鐵酸鉍塊體材料，及制備尺度更小的納米級(jí)別的鐵酸鉍材料。
　　首先，我們用改良的固相反應(yīng)法，制備出了Ba2+和Ta5+共摻雜的鐵酸鉍陶瓷材料。X射線衍射結(jié)構(gòu)分析表明樣品具有菱方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。隨

3、著Ta5+摻雜量的增加，介電常數(shù)和漏電流強(qiáng)度都有不同程度的減少。并且，樣品漏電流測(cè)試中出現(xiàn)了清晰的閾開(kāi)關(guān)效應(yīng)。對(duì)所有樣品進(jìn)行阻抗分析，發(fā)現(xiàn)樣品的電阻性主要取決于晶粒效應(yīng)。
　　其次，我們用溶膠-凝膠方法制備出純的和摻雜異價(jià)離子Ca2+的鐵酸鉍納米顆粒。通過(guò)透射電鏡分析，可以看到樣品尺寸大約在25-140nm之間。通過(guò)可見(jiàn)-紫外光漫反射數(shù)據(jù)分析，得知隨著Ca摻雜量的增加，鐵酸鉍納米顆粒的光學(xué)帶隙從2.16eV下降到2.02eV，其主