鈣鈦礦型鈮酸鋇納米材料的制備及過渡金屬(Fe,Co,Ni)摻雜磁性研究.pdf

1、近年來，鈣鈦礦型鈮酸鹽由于其獨(dú)特的鐵電、介電、壓電以及非線性光學(xué)等性能受到了廣泛的關(guān)注。隨著新材料和納米技術(shù)的迅速發(fā)展，他們在電子工業(yè)、光催化、陶瓷材料以及航空航天等領(lǐng)域中的應(yīng)用也越來越廣泛。因此，基于鈣鈦礦型鈮酸鹽納米材料的制備、性質(zhì)以及應(yīng)用已經(jīng)成為一個(gè)迫切需要研究的課題。
　　本文研究了鈣鈦礦型納米級鈮酸鋇及過渡金屬離子摻雜鈮酸鋇的制備方法。采用了一種低溫常壓、操作簡單、成本低廉、便于工業(yè)化推廣的制備新方法，復(fù)合堿媒介法。通過

2、X射線衍射（XRD），能譜儀（EDS）和場發(fā)射掃描電子顯微鏡（FE-SEM）的表征，發(fā)現(xiàn)未摻雜鈮酸鋇、鐵摻雜鈮酸鋇、鈷摻雜鈮酸鋇以及鎳摻雜鈮酸鋇都屬于鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，具有標(biāo)準(zhǔn)的方塊形貌。摻雜之前的鈮酸鋇的尺寸大約為300-500 nm，過渡金屬離子摻雜之后的樣品的尺寸縮減為100-300 nm。
　　通過XPS表征，我們判斷出，鐵、鈷、鎳分別取代了部分鈮酸鋇晶格中的Nb4+離子，并且摻雜的形式分別為：Fe3+，Co2+，Ni2+。由于

3、Nb4+的半徑為74 pm，而摻雜的金屬離子Fe3+、Co2+、Ni2+的半徑分別為64 pm、72 pm、59 pm，均小于Nb4+的半徑。小半徑的粒子取代了大半徑的粒子，造成了晶格的收縮，從而導(dǎo)致衍射峰向大角度方向的偏移。
　　文章同時(shí)探討了鈮酸鋇在過渡金屬離子摻雜前后的磁性變化。通過磁性測量，我們觀察到了摻雜之后的樣品有明顯的鐵磁性，并且通過綜合物性測量系統(tǒng)（PPMS）測試，排除了磁性是由鐵或者鈷的氧化物產(chǎn)生的可能性。為了更

4、有效的討論和分析我們摻雜之后樣品出現(xiàn)磁性的原因，我們對樣品摻雜前后分別進(jìn)行了第一性原理計(jì)算。我們以40個(gè)原子為基礎(chǔ)模型（8個(gè)Ba原子，8個(gè)Nb原子，24個(gè)O原子），鈮酸鋇(BaNbO3)晶體屬于鈣鈦礦結(jié)構(gòu)(ABO3)，鈮酸鋇晶體中的六個(gè)氧形成氧八面體，鈮位于氧八面體的中心，鋇則處于八面體的間隙。通過計(jì)算我們發(fā)現(xiàn)，由于摻雜，材料的費(fèi)米能級的位置發(fā)生了改變。鐵、鈷和鎳摻雜之后的樣品由于摻雜之后部分替換了樣品中原有的Nb原子，從而與氧形成共價(jià)