層狀鈣鈦礦型La2Ti2O7陶瓷的制備及其多鐵性研究.pdf

1、多鐵性材料具有兩種或兩種以上的鐵性，如鐵彈性、鐵磁性、鐵電性等等。多鐵性材料目前被廣泛研究，因?yàn)轳詈献饔萌菀装l(fā)生在其電有序和磁有序之間，即電極化可以由外磁場(chǎng)調(diào)控而外電場(chǎng)也可以調(diào)控磁有序狀態(tài)，利用此磁電耦合特性使其在磁電隨機(jī)存儲(chǔ)器、傳感器等方面有廣泛的潛在應(yīng)用前景。稀土鈦酸鹽R2Ti2O7（R=稀土元素）具有豐富的物理性質(zhì)和廣泛的應(yīng)用前景，當(dāng)R=La和Nd時(shí)其為單斜結(jié)構(gòu)，當(dāng)R=Sm-Lu、Y時(shí)其為綠燒石結(jié)構(gòu)。對(duì)于單斜結(jié)構(gòu)的La2Ti2O7

2、，人們多為關(guān)注其光學(xué)催化、熒光性質(zhì)等性質(zhì)，而對(duì)其多鐵特性研究則較少。
　　本文探索了不同燒結(jié)條件對(duì)La2Ti2O7陶瓷鐵電性的影響，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)A位和B位適量元素?fù)诫s來(lái)獲得室溫下鐵電性和鐵磁性的共存。論文的主要內(nèi)容如下：
　?。?）采用固相法合成La2Ti2O7，研究不同燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間對(duì)其鐵電性影響，并對(duì)其介電行為進(jìn)行分析。通過(guò)對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)和鐵電性進(jìn)行了表征，發(fā)現(xiàn)當(dāng)燒結(jié)溫度為1400℃、燒結(jié)時(shí)間為24h時(shí)，其鐵電性最

3、好。在最佳燒結(jié)條件制備La2Ti2O7，在2-10MHz頻率范圍內(nèi)，其相對(duì)介電常數(shù)和介電損耗基本保持不變，當(dāng)溫度上升時(shí)，相對(duì)應(yīng)的數(shù)值也增大。
　?。?）采用固相法分別合成一系列Mn和Fe摻雜的La2Ti2O7樣品。首先，研究Mn摻雜對(duì)La2Ti2O7樣品的XRD、SEM、P-E和M-H、介電頻譜等結(jié)果的影響。X射線衍射結(jié)果表明固相法合成的所有La2Ti2-xMnxO7(0≤x≤0.16)陶瓷樣品均為單相；因?yàn)镸n離子的引入，La2

4、Ti2O7樣品的晶粒尺寸減小，La2Ti2O7晶粒的生長(zhǎng)收到抑制；跟純相的La2Ti2O7相比，摻雜樣品的鐵電性減弱，但隨著Mn摻雜量的增加，樣品的鐵電性先減弱后增強(qiáng)，這由于氧空位濃度變化導(dǎo)致的；同時(shí)，所有引入Mn離子的La2Ti2O7樣品在室溫下均具有很弱的鐵磁性。在所有的樣品中，Mn離子濃度為x=0.08的樣品表現(xiàn)出最佳的多鐵性，其室溫下的剩余磁化強(qiáng)度和矯頑場(chǎng)分別為0.0018 emu/g和0.38μC/cm2。
　　接著，在

5、B位引入Fe離子，探索Fe離子的引入對(duì)La2Ti2O7樣品的XRD、P-E和M-H曲線等影響。研究結(jié)果表明低摻雜量為單相，摻雜量大于0.04就有La2/3TiO3雜相出現(xiàn)；同純相的La2Ti2O7相比，引入Fe離子的樣品的鐵電性減弱，但當(dāng)Fe離子濃度上升時(shí)，樣品的鐵電性逐漸增強(qiáng)，這是因?yàn)楦邠诫s量樣品中出現(xiàn)La2/3TiO3的緣故；通過(guò)比較不同F(xiàn)e離子濃度的樣品的M-H曲線，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Fe離子濃度上升時(shí)，La2Ti2O7樣品的鐵磁性逐漸增強(qiáng)。

6、
　?。?）在La2Ti2O7樣品的A位摻雜Nd離子，同時(shí)在B位摻雜8％的Mn離子，研究摻雜樣品的物相、磁性和鐵電性。采用固相法合成了一系列的La2-xNdxTi1.92Mn0.08O7(0≤x≤0.4)陶瓷樣品，X射線衍射結(jié)果表明，所有樣品均為單相，表明Nd和Mn能夠同時(shí)完全進(jìn)入到La2Ti2O7晶格中去；與La2Ti1.92Mn0.08O7陶瓷樣品相比，Nd摻雜能夠起到改善樣品鐵電性的作用；室溫磁滯回線的結(jié)果表明，Nd的引入使