过渡金属氧化物基多铁性陶瓷磁性、介电性和铁电性的增强效应研究

摘要

多铁材料存在两种（或多种）铁性有序。这些铁性有序间存在耦合作用，可以实现磁性和电学性质间的相互调控。随着研究的深入，人们对其铁磁、铁电性的起因有了初步认识，然而对磁电耦合机理依然不清楚。在已知多铁性材料中，依然存在各种不足，例如铁电极化较小、铁电居里温度较低、磁电耦合较弱等等。因此，有必要探讨新材料体系的多铁性。本论文以几类具有多铁性的过渡金属基氧化物为对象，围绕其磁性、介电性和铁电性的增强效应开展实验研究，主要研究成果和创新点如下：
　　(1)从实验的角度研究了 SmCrO3体系的结构、磁性和高温介电性。结果表明SmCrO3样品中 Cr3+-Sm3+间的相互作用对样品磁性有很大的影响。奈尔温度以下Cr3+- Cr3+间呈倾角反铁磁。在50 K温度附近 Cr3+发生自旋重取向。自旋重取向温度以下 Cr3+-Sm3+间反平行耦合导致磁化强度减小，并引起磁交换偏置行为。通过研究样品的高温介电弛豫，发现 SmCrO3具有高介电性，并基于内部阻挡层电容( IBLC)模型对观察到的巨介电效应的起因进行了讨论。
　　(2)基于LaxSm1-xCrO3(x=0-0.9)样品，研究了Sm位La的掺杂效应。结果表明样品在自旋重取向温度以下同时具有场冷却和零场冷却的交换偏置行为，这种效应依赖于样品中 Cr3+-Sm3+间的耦合作用。通过在磁性 Sm3+位引入非磁性 La3+，低温下磁化强度减小程度和耦合作用都明显减弱，证实了 Cr3+-Sm3+间的相互作用对样品磁性的影响。
　　(3)研究了RFeO3(R= La, Pr, Sm)多晶样品的结构和高温介电性。随着稀土原子序数的增大，相同烧结温度下样品颗粒尺寸增大，致密度增强。介温曲线表明样品具有高介电性。样品在高频下的弛豫现象由电子在 Fe2+- Fe3+间的跃迁引起，低频下的介电行为与样品导电性变化有关。样品的复阻抗谱表明可以根据IBLC模型来解释样品的高介性。
　　(4)在Sm3Fe5O12样品中，研究了其结构和高温介电性。结果显示样品低频下具有高介电和低损耗特性。测量温度范围内存在两个弛豫，高频弛豫缘于电子在 Fe2+- Fe3+间的跃迁；低频弛豫起源于样品中电导变化。通过比较空气和氧气气氛烧结样品的介温曲线以及对样品中铁价态的分析，发现样品中Fe2+-Fe3+间的浓度变化对样品高温低频下的弛豫过程有较大影响。
　　(5)研究了Bi2(Fe1-xAlx)4O9(x=0-0.25)样品的结构和磁电性质。随Al3+浓度增大，样品晶格参数逐渐减小。室温磁电测量结果显示Al3+能够诱导样品表现出室温多铁行为。低温磁化数据表明Al3+能够诱导样品表现出类自旋玻璃行为。在Bi2Fe3AlO9中，研究了其磁交换耦合性质。自旋玻璃温度以下，类自旋玻璃相对样品磁化有显著影响。自旋玻璃温度以上，偏置场的非单调变化可以用基于热扰动效应的随机场模型进行解释。
　　(6)通过非磁场预烧和磁场预烧的方法，制备了具有不同烧结温度的Bi2Fe4O9多晶样品。研究了其室温下结构和磁电性质。结果表明在4 kOe磁场预烧样品中能够获得增强的磁化和电极化强度。

目录

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目录

1绪 论

1.1引言

1.2多铁性材料

1.3 RCrO3和Bi2Fe4O9多铁性材料的研究概况

1.4本文的选题依据和研究内容

1.5本章小结

2 SmCrO3样品的磁性和介电性研究

2.1引言

2.2 SmCrO3样品的制备、表征和结构分析

2.3 SmCrO3样品的磁性分析

2.4 SmCrO3样品的介电性分析

2.5本章小结

3 LaxSm1-xCrO3 (x=0-0.9)样品的磁性研究

3.1引言

3.2 LaxSm1-xCrO3 (x=0-0.9)样品的制备、表征和结构分析

3.3 LaxSm1-xCrO3 (x=0-0.9)样品的磁性分析

3.4本章小结

4 RFeO3 (R=La, Pr, Sm)样品的介电性研究

4.1引言

4.2 RFeO3 (R=La, Pr, Sm)样品的制备、表征和结构分析

4.3 RFeO3 (R=La, Pr, Sm)陶瓷样品的介电性分析

4.4本章小结

5 Sm3Fe5O12样品的介电性研究

5.1引言

5.2 Sm3Fe5O12样品的制备、表征和结构分析

5.3 Sm3Fe5O12样品的介电性分析

5.4本章小结

6 Bi2(Fe1-xAlx)4O9 (x=0-0.25)样品的磁性和铁电性研究

6.1引言

6.2 Bi2(Fe1-xAlx)4O9 (x=0-0.25)样品的制备、表征和结构分析

6.3 Bi2(Fe1-xAlx)4O9 (x=0-0.25)样品的磁性分析

6.4 Bi2(Fe1-xAlx)4O9 (x=0-0.25)样品的铁电性分析

6.5本章小结

7磁场预烧Bi2Fe4O9样品的磁性和铁电性研究

7.1引言

7.2磁场预烧Bi2Fe4O9样品的制备、表征和结构分析

7.3磁场预烧Bi2Fe4O9样品的磁性分析

7.4磁场预烧Bi2Fe4O9样品的铁电性分析

7.5本章小结

8全文总结

致谢

参考文献

附录Ⅰ博士期间发表文章清单

附录Ⅱ博士期间授权发明专利