铁基氧化物材料室温多铁增强效应研究

摘要

作为为数不多的具有室温多铁性的单相材料，铁酸铋和六角铁氧体两类铁基氧化物材料因其中的磁电耦合特性而引起人们对其研究的浓厚兴趣。然而，这些材料普遍存在着弱磁性、高漏电电流、低铁电（介电）性等问题，大大制约了其实际应用价值的发挥。本论文以铁酸铋基固溶体和六角铁氧体为研究对象，围绕如何增强室温多铁性及其磁电耦合性能，开展了样品制备工艺、结构、微结构、室温多铁（铁磁、铁电、介电等）性的研究，主要结果及创新点如下： (1)研究了退火温度对BiFeO3-SrTiO3固溶体样品室温时的结构、微结构、磁性、铁电性以及介电性等的影响，结果表明，适当提高退火温度有利于室温多铁（铁磁、铁电和介电）性更明显的增强以及漏电流和介电损耗的更明显降低，结合结构和微观形貌的分析，认为这是由于适当退火温度有利于样品结晶度提高以及晶域分布均匀等所致。 (2)研究了(1-x)BiFeO3-x(SrTiO3-Bi0.5Na0.5TiO3)样品室温时的结构、微观形貌、铁磁性、铁电性以及介电性等。结果表明，在BiFeO3基础上，相对于SrTiO3引入，SrTiO3和Bi0.5Na0.5TiO3的共同引入可以引起室温多铁（磁、铁电、介电）性更明显的增强，同时可明显降低样品的漏电流和介电损耗。通过对不同含量的(1-x)BiFeO3-x(SrTiO3-Bi0.5Na0.5TiO3)样品的比较研究，发现适当含量的SrTiO3-Bi0.5Na0.5TiO3引入有利于室温多铁（铁磁、铁电和介电）性更明显的增强以及漏电流和介电损耗的更明显降低。 (3)研究了0.7Bi1-xEuxFeO3-0.3Bi0.5Na0.5TiO3样品室温时的结构、微观形貌、铁磁性、铁电性以及介电性等。结果表明，在0.7BiFeO3-0.3Bi0.5Na0.5TiO3基础上，BiFeO3中Bi位适当含量的Eu掺杂可引起室温铁磁性、室温铁电性和室温介电性的明显增强以及介电损耗的明显降低。 (4)通过磁场原位退火处理方法制备了具有沿晶体c轴取向生长的BaSrCo2-xMgxFe11AlO22样品，基于磁化强度、介电常数、极化电流随磁场变化关系的测量，从实验上研究了样品室温磁电性能的变化规律。主要结果有二，一是，相对于未经磁场原位退火处理的样品，经磁场原位退火处理的样品具有明显增强的室温铁磁性、磁介电性以及磁释电电流效应，结合样品的结构和微结构分析，认为这是源于磁场原位退火处理使得样品沿晶体c轴方向的取向生长所致；二是，对于经磁场原位退火处理的BaSrCo2-xMgxFe11AlO22样品，Co位适当含量Mg的掺杂虽降低了室温铁磁性但引起室温磁介电性能和室温磁释电电流的明显提高。对Co位Mg掺杂效应进行了讨论，认为Co位Mg掺杂，一方面因非磁性Mg2+离子替代会稀释样品的磁性，另一方面较小离子半径的Mg2+离子掺杂会引起较小的晶格畸变，因此，利用这两种效应的竞争，可使得在适当量Mg掺杂的样品中实现明显增强的磁电耦合效应。

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