Bi5Ti3FeO15基磁電多鐵材料的物性及摻雜改性研究.pdf

1、多鐵性材料是指一類同時具有鐵電性、鐵磁性或者鐵彈性的材料，已經(jīng)引起了科研工作者廣泛的關注。更為值得注意的是，多鐵性材料有可能實現(xiàn)鐵磁性和鐵電性之間的相互調控，也就是說在外加電場的條件下不僅使材料具有鐵電極化性質，還能夠誘導激發(fā)磁化，同樣外加磁場也能夠誘導材料的鐵電極化性質，即具有磁電耦合效應。多鐵性材料可以認為是一種新型的多功能材料，在信息存儲、磁傳感器以及自旋電子器件等方面有廣闊的應用前景。單相多鐵性材料因其優(yōu)異的特性，引起了科研工作

2、者的廣泛關注。最引起人們注意的是鐵電性和鐵磁性共存的單相多鐵性材料，但遺憾的是這類材料在自然界和實驗室中非常稀少。經(jīng)過科研工作者們堅持不懈的努力，發(fā)現(xiàn)Aurivillius相的鉍系鈣鈦礦結構在室溫下有比較強的鐵磁性和鐵電性。本文研究了采用固相法制備的Bi5Ti3FeO15陶瓷以及對其Bi和Fe位同時進行摻雜改性研究，并對該體系的陶瓷樣品進行物理性能的研究與探討。
　　本文對單相多鐵性材料的研究主要有以下的工作和結論：
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3、1)用傳統(tǒng)的陶瓷燒結方法--固相法制備了Bi5Ti3FeO15陶瓷，并研究了材料的微觀結構、鐵電性、鐵磁性、介電性和光學性能分析。研究結果顯示制備的Aurivillius相的陶瓷是四層鈣鈦礦結構，微粒尺寸大約為2-5μm。介電曲線圖中在1007和1090 K出現(xiàn)了兩個介電異常峰，對應于兩種相變。從電滯回線圖中可以看出剩余極化和矯頑力分別為6.08μC/cm2和59 kV/cm。磁滯回線圖顯示材料在室溫下具有弱的鐵磁性并從本質上分析了磁性

4、增強的原因。紫外可見光分析知道材料的禁帶寬度2.03 eV。(2)用同樣的陶瓷制備方法制備了(Bi4RE)Ti3(Fe0.5Co0.5)O15(RE=Nd、Sm、Gd、Dy)，陶瓷仍然是片狀的四層鈣鈦礦結構的斜方晶系。陶瓷的鐵磁性明顯的得到了增強，當摻雜的稀土元素為Nd時剩余磁化（2Mr）達到最大，而矯頑場（2Hc）是最小的。分析認為鐵磁性增強是因為（a）摻雜Co元素會導致鈣鈦礦結構的氧八面體發(fā)生畸變最終導致尺寸結構失配，在Bi位摻雜稀

5、土元素會導致鐵氧或者鈦氧八面體的傾斜，傾斜后破壞陶瓷的內部結構，因此會釋放陶瓷內部的一些潛在的磁性；（b）可能會形成Fe–O–Co鍵之間的直接耦合；（c）稀土元素的自旋為7/2，比其他的元素強。(3)用固相法制備了(Bi5-xLax)Ti3(Fe0.5Co0.5)O15(x=1、2、3)陶瓷，由XRD圖可以看出所制備的陶瓷樣品是單相的，陶瓷樣品的鐵磁性和鐵電性在x=2時達到最大。鐵磁性比Bi5Ti3FeO15陶瓷樣品的明顯增強，但鐵電性