Ca^(2+)掺杂对BiFeO_3陶瓷结构和磁、介电性能的影响

摘要

以Bi(NO3)3·5H2O、Fe(NO3)3·9H2O和Ca(NO3)2·4H2O为原料、乙二醇甲醚为溶剂、柠檬酸为络合剂,采用溶胶–凝胶法制备Bi1–x Cax FeO3(x=0、0.05、0.10、0.15、0.20)陶瓷样品。结果表明:所有样品的主衍射峰与纯相BiFeO3相吻合,样品晶粒尺寸随Ca2+掺杂量的增加而减小,在室温下各样品均具有完整的磁滞回线,样品铁磁性显著提高。当x=0.10时,剩余比磁化强度达到最大值(0.11A·m2/kg)。在外加磁场为398 kA/m时,样品的比磁化强度在644 K附近出现明显的反铁磁相变,反铁磁相变温度TN随掺杂量的增加而升高。在300~900 K,样品顺磁相变温度TP,以及TN和TP处比磁化强度的差值随Ca2+的增加均呈现先上升,在x=0.10时达到最大值,之后又呈下降趋势。样品在850K时比磁化强度出现明显变化,变化幅度随Ca2+掺杂量的增加而减小,在x=0.10时最小,之后又增大。不同磁场下样品剩余比磁化强度随温度变化表明:Bi1–x Cax FeO3陶瓷样品存在变磁性,当x=0.10时,变磁性最为明显。磁电耦合效应观测结果表明:样品的磁电耦合系数为负值,介电常数随外磁场变化反应灵敏,在x=0.10时磁电耦合效应为–14.2%,是纯相BiFeO3(其磁电耦合效应为–5%)的近3倍,表明掺杂适量Ca2+可增强样品的磁电耦合性能。