多鐵性材料鐵酸鉍的制備和性能研究.pdf

1、BiFeO3(BFO)材料是唯一一種居里溫度(Tc)和尼爾溫度(TN)均在室溫以上的單相多鐵性材料，而且其剩余極化強度很大，很有可能成為第一種可以商用的多鐵性材料。本文以BFO材料為主要研究對象，通過實驗和理論計算對BFO材料進行了研究，得到了它的基本結(jié)構(gòu)和性能，制備了BFO薄膜并對其進行摻雜。主要內(nèi)容如下：
　　1、以Fe(NO3)39H2O和Bi(NO3)35H2O為主要原料，采用水熱法成功制備出純相的BFO納米粉末，空間點群

2、為R3c，運用謝樂公式計算得出的樣品平均晶粒大小為150nm左右；運用SEM、TEM觀察了樣品的微觀形貌，每個納米顆粒都是呈長方體的，長方體的長、寬、高分別為250nm、100nm、70nm；測試了BFO納米粉的拉曼光譜圖，圖示信息與XRD譜圖對應(yīng)一致，證明BFO納米粉為扭曲的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)；分析了BFO納米粉末的成形機理；測試了室溫下的磁滯回線，樣品的剩余磁化強度(Mr)和矯頑場(Hc)分別達到0.054emu/g和1026.4Oe，此數(shù)

3、據(jù)優(yōu)于以往的報道。
　　2、運用基于密度泛函理論的第一性原理對水熱法制備出的BFO粉末結(jié)構(gòu)進行了計算；擬合了BFO的結(jié)構(gòu)圖，計算得到BFO的總態(tài)密度圖和各分態(tài)密度圖；從總態(tài)密度圖中可以看出樣品的磁性很弱，從各分態(tài)密度圖中可以看出各個位置的鐵原子和鉍原子對BFO的磁性沒有貢獻，磁性來源于氧原子，深入分析得出樣品中的磁性來源為四號氧原子的p電子；分析得出BFO為直接帶隙半導(dǎo)體，帶隙寬度1eV。
　　3、采用溶膠凝膠法在Si(11

4、1)襯底上制備了純相的BFO薄膜，得到了BFO薄膜的最佳成相工藝條件；通過熱重-差熱分析，以及XRD譜圖研究得出退火溫度選取500°C為BFO薄膜成相的最佳溫度；從場發(fā)射掃描電鏡圖中可以看出隨著退火溫度的提高，樣品的結(jié)晶程度越來越好，晶粒越來越大，但是樣品的致密程度變差；樣品的厚度為400nm左右；測試了500°C退火的純相BFO薄膜的電滯回線，剩余極化強度為1.93μC/cm2，但是電滯回線不飽滿，可能是由于漏電流大引起的；測試了純相

5、樣品的磁滯回線，可以看出BFO薄膜呈反鐵磁性，樣品的矯頑場大小為1035.1Oe。
　　4、采用溶膠凝膠法制備出了鑭系金屬摻雜的0.9BiFeO30.1RFeO3(R=La,Pr,Nd,Sm)薄膜和純相BFO薄膜；運用XRD譜圖分析得出經(jīng)過摻雜的樣品并沒有發(fā)生結(jié)構(gòu)相變；從FESEM圖中可以看出，純BFO薄膜晶粒致密性不好，經(jīng)過摻雜的樣品致密性普遍優(yōu)于純BFO薄膜；測試了各樣品的拉曼光譜圖，從圖中可以看出各樣品峰的位置和形狀比較相似