Fe摻雜BaTiO-,3-（Fe-BaTiO-,3-）-Tb-,1-x-Dy-,x-Fe-,2-y-復(fù)合結(jié)構(gòu)磁電效應(yīng)研究.pdf

1、本文研究了Fe摻雜BaTiO<,3>的巨大電致伸縮效應(yīng)，以及Fe-BaTiO<,3>-Tb<,1-x>Dy<,x>Fe<,2-y>復(fù)合結(jié)構(gòu)樣品的磁電(ME)效應(yīng)。利用鐵電體在90°疇翻轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生巨大形變這一特性，并利用點(diǎn)缺陷的對(duì)稱(chēng)性質(zhì)(短程有序?qū)ΨQ(chēng)順應(yīng)原則)而產(chǎn)生可回復(fù)的巨大應(yīng)變。在存在點(diǎn)缺陷的情況下，電疇在電場(chǎng)作用下發(fā)生翻轉(zhuǎn)，而點(diǎn)缺陷保持在原來(lái)取向；當(dāng)電場(chǎng)解除時(shí)，在點(diǎn)缺陷的影響下，疇將回到原來(lái)的取向。Fe-BaTiO<,3>單晶在200

2、 V/m的電壓下可產(chǎn)生0.75％的巨大可逆形變，是相同電壓下PZT形變量的40倍。Fe-BaTiO<,3>多晶陶瓷電致伸縮最大值也可以達(dá)到0.15％。同時(shí)產(chǎn)生這一巨大電致應(yīng)變的材料為對(duì)環(huán)境無(wú)害的鈦酸鋇基材料，這為開(kāi)發(fā)對(duì)環(huán)境無(wú)害的高性能電致應(yīng)變材料提供了重要新途徑。 磁電效應(yīng)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)電場(chǎng)與磁場(chǎng)之間相互耦合并轉(zhuǎn)換的效應(yīng)，在傳感器領(lǐng)域里有著巨大的應(yīng)用潛力。但由于磁電系數(shù)小，成本高等因素，單相磁電材料至今未能應(yīng)用到實(shí)際中。研究和開(kāi)

3、發(fā)具有強(qiáng)磁電效應(yīng)的鐵電一鐵磁復(fù)合材料成為科學(xué)研究中廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)之一。近年來(lái)，磁電復(fù)合材料研究中鐵電相材料經(jīng)常用PZT，這是由于PZT制備已有相對(duì)成熟的工藝，并且PZT具有比較大的電致伸縮。但由于PZT含有鉛、鋯(Pb、zr)等對(duì)環(huán)境和人體極為有害的元素，因此尋找PZT的替代品已經(jīng)稱(chēng)為科學(xué)研究的一個(gè)主要課題。Fe-BaTiO<,3>則成為PZT的潛在替代品。 利用溶膠一凝膠法制備摻雜Fe-BaTiO<,3>和純凈BaTiO<,3

4、>粉料，壓片后在1350℃下燒結(jié)10小時(shí)制備Fe-BaTiO<,3>和BaTiO<,3>多晶陶瓷。XRD譜顯示在同等條件下制備的Fe-BaTiO<,3>和BaTiO<,3>具有同樣的鐵電結(jié)構(gòu)，室溫下屬于四方相鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，點(diǎn)群為4mm。雖然．Fe<'3+>摻雜BaTiO<,3>造成氧空位的出現(xiàn)，但沒(méi)有改變四方相的晶體結(jié)構(gòu)。 BaTiO<,3>的鐵電一順電相變是一級(jí)相變，相變時(shí)有相變潛熱。在居里點(diǎn)附近，由鐵電相轉(zhuǎn)變?yōu)轫橂娤鄷r(shí)要吸收熱

5、量。差熱分析的結(jié)果表明，純凈BaTiO<,3>樣品居里點(diǎn)為110.66℃，相變潛熱為227.6 J/mol，而B(niǎo)aTiO<,3>標(biāo)準(zhǔn)樣品的相變潛熱為210 J/mol，符合得較好；Fe-BaTiO<,3>樣品居里點(diǎn)為103.27℃，相變潛熱為169.9 J/mol。 將Fe-BaTiO<,3>和Tb<,1-x>Dy<,x>Fe<,2-y>膠合，所用黏合劑為緩干型環(huán)氧基樹(shù)脂及硬化劑。當(dāng)樹(shù)脂層厚度為0.01～0.02mm具有最好的粘

6、合效果，使多層膜達(dá)到最佳的彈性耦合。 由于摻雜Fe-BaTiO<,3>表現(xiàn)出較大的電致伸縮效應(yīng)，Tb<,1-x>Dy<,x>Fe<,2-y>表現(xiàn)出極大的磁致伸縮， Fe-BaTiO<,3>-Tb<,1-y>Dy<,x>Fe<,2-y>復(fù)合結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出較大的磁電(ME)效應(yīng)。雙層和三層復(fù)合結(jié)構(gòu)在350 Oe的低磁場(chǎng)下，橫向磁電系數(shù)達(dá)到最大值，F(xiàn)e-BaTiO<,3>-Tb<,1-x>Dy<,x>Fe<,2-y>和BaTiO<,3>-

7、Tb<,1-x>Dy<,x>Fe<,2-y>雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)的磁電系數(shù)分別為578 mV Oe<'-1>om<'-1>和382 mV Oe<'-1>cm<'-1>；三層復(fù)合結(jié)構(gòu)的橫向磁電系數(shù)分別為2200 mV Oe<'-1>cm<'-1>和1400 mV Oe<'-1>cm<'-1>。BaTiO<,3>-Tb<,1-x>Dy<,x>Fe<,2-y>比BaTiO<,3>-Tb<,1-x>Dy<,x>Fe<,2-y>復(fù)合結(jié)構(gòu)的磁電系數(shù)大50％