Ho摻雜對BiFeO-,3-陶瓷結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能的影響.pdf

1、本論文選擇具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵磁電復(fù)合材料BiFeO3作為研究Ho摻雜對其結(jié)構(gòu)和電學(xué)性質(zhì)影響的材料。Ho替代有效的改善了BiFeO3陶瓷的直流電阻率、介電和鐵電特性,少量的摻雜可以明顯改善BiFeO3樣品的電極化性能。利用快速液相燒結(jié)法制備Bi1-xHoxFeO3(x=0,0.05,0.1)系列陶瓷樣品。采用德國產(chǎn)布魯克X射線衍射儀對樣品進行結(jié)構(gòu)分析,利用Agilent34401A型萬用表測量了樣品的電阻率隨摻雜量的變化關(guān)系,利用HP42

2、94A精密阻抗分析儀測量了樣品介電特性隨頻率、溫度、偏壓的變化關(guān)系,采用RT6000鐵電儀在室溫下測量樣品的電滯回線,并對這些樣品的結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能進行了系統(tǒng)的研究。研究結(jié)果表明:
　　 (1)X射線衍射研究表明:快速液相燒結(jié)法制備的BiFeO3晶體,在20=28.56-31.32°之間發(fā)現(xiàn)有雜相Bi2Fe4O9衍射峰的存在。Ho的摻雜沒有改變BiFeO3的晶體結(jié)構(gòu),Bi1-xHoxFeO3(x≤0.1)系列陶瓷樣品為扭曲的斜方六

3、面體鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。摻雜微量的Ho3+可以有效消除BiFeO3樣品中的BizFe4O9雜相,并獲得單相的Bi0.95Ho0.05FeO3陶瓷樣品;用Ho對BiFeO3進行替代時,在新相產(chǎn)生之前Ho的最佳替代量應(yīng)少于0.1。
　　 (2)Bi1-xHoxFeO3樣品的直流電阻率隨Ho的摻雜量x的增加一直減小。在x=0.1時,樣品的電阻率比未摻雜時BiFeO3的電阻率降低了近2個數(shù)量級。這是因為BiFeO3陶瓷中空間電荷的濃度增加可導(dǎo)致

4、疇釘扎,在電場作用下,氧空位的定向移動形成漏電流引起的。
　　 (3)室溫下,摻雜適量的Ho3+可以改善BiFeO3樣品的介電性能,Ho摻雜各組分樣品的介電常數(shù)εг均比未摻雜時顯著提高,測量頻率為40Hz時,Bi0.9Ho0.1FeO3陶瓷樣品的介電常數(shù)提高了一個數(shù)量級;但是由于摻雜后樣品的損耗系數(shù)增大導(dǎo)致?lián)诫s后樣品的介電常數(shù)頻率依賴性較高,這也是今后需要考慮和解決的問題;
　　 (4)觀測到了樣品的介電峰,摻雜后介電峰

5、向低溫移動并且強度顯著增加,表明Ho摻雜在降低樣品反鐵磁奈爾溫度(TN)的同時增強了材料的磁電耦合效應(yīng);
　　 (5)摻雜后的樣品介電常數(shù)隨偏壓變化明顯并且出現(xiàn)了介電回滯現(xiàn)象,Ho摻雜有效提高了樣品的剩余極化強度,改善了樣品的鐵電性質(zhì);
　　 (6)室溫下,測量了Bi1-xHoxFeO3樣品的電滯回線,結(jié)果表明:Ho替代使得BiFeO3陶瓷樣品的剩余極化值(Pr)有了大幅度的提高。在15kV/cm的外加電場下,測得純相B

6、iFeO3陶瓷的剩余極化值為0.00693μC/cm2,沒有獲得飽和的電滯回線,少量的Ho替代可以很明顯的提高BiFeO3陶瓷樣品的Pr值。例如,在15kV/cm的外加電場下,Ho含量為x=0.05和x=0.1的BiFeO3樣品,在測量中就獲得比較好的電滯回線,且測得其Pr分別為0.0437μC/cm2和0.078μC/cm2,與純相BiFeO3相比,所有的Ho替代BiFeO3樣品的Pr都有了10倍左右的提高。因此,Ho替代提高TBiF