A位摻雜的鐵酸鉍納米粒子的制備和多鐵性能的研究.pdf

1、多鐵材料指的是材料的同一相中包含有兩種以上(含兩種)鐵的基本性能的材料，這些鐵的基本性能是指鐵電性能、鐵磁性能和鐵彈性能。由于多鐵性材料不但具備單一初級鐵性體的基本性能(如鐵電性、鐵磁性、鐵彈性)，并同時具有鐵電、鐵磁等多種有序共存，而且還可以通過多鐵性的耦合作用而產(chǎn)生出單一的鐵性材料所不具有的一些新的物理效應(yīng)，從而大大拓寬了鐵性材料的應(yīng)用范圍，因而成為材料研究的熱點。隨著科技的發(fā)展，器件的微型化及多樣化，越來越迫切要求同時具備兩種或兩

2、種以上功能的材料來取代單一功能的材料，以滿足科技發(fā)展的需要，這就使得多鐵納米材料成為材料科學(xué)研究的熱點。自然界中在室溫下具有多鐵性能的一種典型單相多鐵材料是BiFeO3，即鐵電有序(Tc=1103K)和 G型反鐵磁有序(TN=643K)，但單相的制備和宏觀下無磁性是此種材料的問題所在。堿土金屬摻雜BiFeO3是一種十分有效的改善其磁性能的方法。同時近年來研究發(fā)現(xiàn)BiFeO3納米粒子的磁性能隨著晶粒尺寸的減小而增大。本論文綜合以上因素，采

3、用A位二價堿土金屬、稀土金屬元素摻雜BiFeO3，優(yōu)化制備條件，制備出單相的BiFeO3摻雜納米粒子，并對其晶格結(jié)構(gòu)、介電性能、磁性能進行深入研究，研究內(nèi)容和主要結(jié)論如下：
　　 ⑴采用以乙二醇為溶劑的溶膠凝膠法制備了二價堿土金屬鋇離子(Ba2+)摻雜的鐵酸鉍納米粒子Bi1-BaxFeO3(x=0.05，0.10，0.15，0.20，0.25，0.30)。XRD結(jié)果分析顯示隨著Ba摻雜量的增加，其品格結(jié)構(gòu)從菱方扭曲的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)

4、變?yōu)樗姆浇Y(jié)構(gòu)。這一結(jié)論與穆斯堡爾譜測試結(jié)果一致。樣品的介電性能研究結(jié)果顯示出，高Ba摻雜量樣品的色散關(guān)系與低Ba摻雜量的色散關(guān)系不同，這暗示著樣品介電性能與晶格結(jié)構(gòu)存在著關(guān)聯(lián)。同時還發(fā)現(xiàn)相比于相同摻雜量摻雜的BiFeO3陶瓷，Ba摻雜的BiFeO3納米粒子明顯的呈現(xiàn)出高的磁性能。
　　 ⑵為了進一步研究A位堿土金屬元素的性質(zhì)對鐵酸鉍納米粒子多鐵性能的影響，基于Ba2+摻雜的鐵酸鉍納米粒子Bi1-xBaxFeO3的制備基礎(chǔ)上，研究

5、了堿土金屬Ca2+離子、Ba2+離子共摻雜納米粒子Bi0.8Ca0.2-xBaxFeO3(x=0.07，0.10，0.13，0.19，0.20)的晶格結(jié)構(gòu)、介電性質(zhì)以及磁性質(zhì)。XRD結(jié)果分析顯示Bi0.8Ca0.2-xBaxFeO3納米粒予的晶體結(jié)構(gòu)從正交結(jié)構(gòu)(x=0.07，0.10，0.13，0.19)變?yōu)樗姆浇Y(jié)構(gòu)(x=0.20)。所有摻雜樣品的磁性能都得到了很好的提高。在測試的外磁場下，樣品的磁化強度和剩磁的變化趨勢都與Khomch

6、enko研究小組報道的二價的Ba、Sr、Ca堿土金屬替代Bi3+離子摻雜BFO陶瓷的結(jié)論不一致，即摻雜離子的平均半徑與摻雜的BFO納米粒子的磁性能并不成正比關(guān)系，這種反常磁行為暗示著Ba、Ca共摻雜鐵酸鉍的磁性能不僅和摻雜離子的半徑密切相關(guān)，還和樣品的晶格結(jié)構(gòu)以及平均粒徑尺寸有關(guān)。
　　 ⑶為了制備出單相的摻雜Ca2+離予的鐵酸鉍納米粒子，我們選擇一定量的La3+摻雜在鐵酸鉍A位，起到穩(wěn)定鈣鈦礦相的作用，來研究La3+、Ca2+