單相多鐵材料BiFeO-,3-的溶膠凝膠法制備與表征.pdf

1、菱形扭曲的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的BiFeO<,3>是一種新型的多鐵材料，由于其在室溫下同時具有電有序和磁有序而引起了人們的極大興趣。BiFeO<,3>的晶體結(jié)構(gòu)屬于R3c空間群，晶格常數(shù)為a<,r>=5.634 A和α<,r>=59.348°，室溫下呈鐵電有序(居里溫度約為850℃)和反鐵磁有序(尼爾溫度約為370℃)。 目前對鐵酸鉍的研究存在以下問題：高極化強度的來源，磁電效應(yīng)和結(jié)構(gòu)的作用關(guān)系等，在制備方法方面主要有制備方法復(fù)雜以及純相

2、不易獲得等。而溶膠凝膠法以其工藝簡單，制備材料均勻，成分容易控制等優(yōu)點，在鐵電材料制備方面具有很大的優(yōu)勢，是一種非常有用的方法。采用溶膠凝膠法制備BiFeO<,3>材料，應(yīng)該可以得到比較理想的結(jié)果。 本論文用溶膠凝膠法成功合成了BiFeO<,3>粉末和薄膜，并采用X射線衍射(XRD)、X光電子能譜(XPS)、熱分析系統(tǒng)(TG-DTA)、掃描電子顯微鏡(SEM)、拉曼光譜儀(Raman spectroscopy)和掃描隧道顯微鏡(

3、STM)對樣品進行了表征，詳細研究了樣品的結(jié)構(gòu)及部分物化性能。 論文的主要工作包含以下三個方面： 1．BiFeO<,3>粉末的溶膠凝膠法制備和結(jié)構(gòu)研究采用溶膠凝膠法制備了BiFeO<,3>粉末，研究了不同條件(溫度及稀硝酸含量)對樣品的影響，優(yōu)化了制備條件，得到單一相的BiFeO<,3>粉末。XRD結(jié)果顯示粉末為菱形扭曲的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)為a<,r>=5.6107 A和α<,r>=59.478°。采用變溫XRD表征了

4、其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，結(jié)果表明粉末晶格常數(shù)隨溫度升高逐漸增大，呈現(xiàn)正的熱膨脹性質(zhì)(線性熱膨脹系數(shù)α=1.1327×10<'-5>/℃)。 2．BiFeO<,3>粉末的物理化學(xué)性質(zhì)研究XPS研究結(jié)果顯示樣品中不存在Fe<'2+>離子，為單一的BiFeO<,3>相。根據(jù)TG-DTA可知粉末相變溫度為837℃附近。同時對粉末進行了拉曼光譜表征，拉曼峰分別位于168 cm<'-1>，261 cm<'-1>，477 cm<'-1>cm<'-1>

5、520 cm<'-1>附近，譜線中峰形相對較寬。根據(jù)XRD數(shù)據(jù)對R3c群粉末的菱形晶胞進行了理論模擬，得出了計算結(jié)果以及實驗和計算結(jié)果的差異，給出了精修后的晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)原子位置，晶格參數(shù)和原子間距有一定的扭曲。 3．用溶膠凝膠法在硅基底上制備BiFeO<,3>薄膜及其表征用溶膠凝膠法在硅基底上制備了BiFeO<,3>薄膜，優(yōu)化了制膜條件。并用XRD、SEM和AFM進行了表征。結(jié)果表明薄膜為純相的BiFeO<,3>，并且