稀土Tb摻雜BiFeO3材料的結構與磁性能研究.pdf

1、多鐵性材料同時存在鐵電性和鐵磁性,在信息存儲、自旋電子器件及光電傳感器等方面具有廣泛的應用前景。作為目前唯一在室溫下同時具有鐵電性和鐵磁性的單相多鐵性材料,BiFeO3受到了廣泛關注。制備過程中,由于雜相的存在以及特殊的磁結構,使其磁性能較弱,嚴重影響其應用與發(fā)展。本論文通過不同的方法合成具有鈣鈦礦結構的鐵酸鉍(BiFeO3)材料,采用 X射線衍射儀(XRD)、熱分析儀(DSC和 TG)、掃描電子顯微鏡(SEM)、振動樣品磁強計(VSM

2、)、紫外吸收光譜儀(UV-Vis)、傅立葉紅外光譜儀(FTIR)等對鐵酸鉍(BiFeO3)材料的相結構、形貌、磁性能、光吸收性能等進行表征,對影響鐵酸鉍(BiFeO3)材料性能的因素進行了探究。通過稀土離子 Tb3+對鐵酸鉍(BiFeO3)材料的摻雜改性,提高其磁性能,并對稀土離子Tb3+對磁性能的影響機理進行了研究與探討。本論文的研究成果如下:
　　(1)通過控制水熱溫度與礦化劑的濃度,在KOH濃度為6 mol/L、水熱反應6

3、h、水熱溫度高于200℃時可制備出菱面鈣鈦礦結構的BiFeO3粉體。KOH濃度、水熱溫度在 BiFeO3粉體合成中起重要作用。水熱反應合成的 BiFeO3粉體具有弱鐵磁性。此外, BiFeO3粉體的磁性隨著水熱溫度的提高而逐漸減弱。
　　(2)采用溶膠凝膠法,在熱處理溫度為550℃時能合成菱面鈣鈦礦結構BiFeO3粉體。納米粉體粒徑約為80-120 nm,且能響應可見光,光學禁帶寬度約為2.19 eV。在室溫下BiFeO3納米粉體

4、呈現弱鐵磁性。BiFeO3粉體的磁性隨著粉體晶粒的尺寸的減小而增強。此外, BiFeO3粉體呈現一定的程度的交換偏置現象。
　　(3)通過溶膠凝膠法熱處理溫度為550℃時,合成了Bi1-xTbxFeO3(x=0,0.03,0.05,0.08,0.1)粉體。Tb3+完全取代BiFeO3中Bi3+的位置,且隨Tb3+的增加,相結構由扭曲的菱方畸變的鈣鈦礦結構轉變成的四方鈣鈦礦結構。結構的變化導致了 Bi1-xTbxFeO3粉體的磁和光

5、學性能的變化。不同 Tb3+摻雜濃度可以調節(jié)BiFeO3對可見光的響應范圍,BiFeO3的禁帶寬度隨摻雜濃度的提高而減小。Bi1-xTbxFeO3粉體磁性能隨Tb3+的摻雜有顯著的提高,存在交換偏置現象。
　　(4)在溶膠凝膠法的基礎上,通過 Bi氣氛燒結,利用稀硝酸清洗合成出了Bi1-xTbxFeO3陶瓷。稀硝酸的處理能有效抑制 BiFeO3陶瓷中雜相的產生。隨著Tb3+摻雜濃度的提高,陶瓷逐漸由扭曲的菱方畸變的鈣鈦礦結構轉變成