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掺杂BiCoO_3陶瓷制备和性能研究

作　者: 卢海霞
导　师: 陈小兵
学　校: 扬州大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 铁电性能陶瓷样品介电常数铁磁性掺杂量电滞回线介电性能漏电流扫描电子显微镜磁性能
分类号: O482
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

多铁性材料,由于同时具有铁电性和铁磁性使其在信息存储、自旋电子器件等方面有着潜在的应用。作为一种典型的单相多铁性材料,BiFeO₃是少数在室温下同时具有铁电性和磁性的材料之一（奈尔温度为673K,铁电居里温度为1103K）,是最具有可能在室温下实现磁电祸合效应应用的主要候选材料而受到广泛关注。但是,目前在BiFeO₃的研究中,仍然存在几个难点需要克服,这主要包括其较大的漏电流和具有空间周期调制的螺旋磁结构导致其宏观磁性的消失。本论文主要是在BiFeO₃的广泛研究的基础上,基于对Fe、Co原子,离子的电子组态、磁矩和离子半径分析以及文献中相关报道,采用固相烧结工艺分别制备了BiCoO₃、BiCo0.5Fe0.5O₃、Bi1-x LaxFe_0.5Co_0.5O₃,并采用X-射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、振动样品磁强计（VSM）、宽频介电仪等分析测试手段研究了样品的结构、形貌、宏观和微观磁性等。主要研究内容和结果如下:1.采用传统固相烧结工艺制备BiCoO₃,在氧气氛下进行了退火,并粗浅的对比了退火前后,BiCoO₃结构和介电,磁电以及铁电性能的改变。结果表明,形成了一种不同于BiFeO₃简单钙钛矿的结构,退火后,对样品的XRD峰强和介电性能有明显改善,但铁磁电性能并未有所提高,说明氧空位并不是影响铁磁电性能的关键,这些性能与样品的结构有关。2.以改善BiCoO₃陶瓷的磁电性能为目的,分别在830℃下烧结60min和750℃下烧结24h的条件下制备了BiFe_0.5Co_0.5O₃陶瓷,并通过比照研究了不同条件下BFCO的结构,以及磁电,铁电,介电性能。研究结果得出:不同烧结条件下BFCO的结构未发生变化,并且低温长时间烧结后样品致密度有一定提高,样品表面光滑。BFCO陶瓷的铁电性能也有一定的改善,漏电流有所降低;室温下样品呈现铁磁态,但磁性能有所降低;从表面上看,铁电性和磁性似乎是互斥的,这也许是在单相材料中集成铁电性和磁性的困难所在。介电常数和损耗在不同频率下随温度的变化曲线有明显的改善,由缺陷所引起的介电峰和损耗峰消失。可见低温长时间烧结,可以降低样品的缺陷。3.为了进一步改善BiFe_0.5Co_0.5O₃陶瓷的铁电性能,我们研究了不同掺杂量的Bi1-x LaxFe_0.5Co_0.5O₃（BLFC-x）陶瓷样品的结构,随着掺杂量的变化的增加,样品的结构并未发生大的变化,其中掺入La后原先的（321）峰劈裂成两个峰;在x=0.05时,样品的磁性能和铁电性能最佳,所以小量掺杂对样品的性能有所改善;样品的介电性能比较丰富,随着掺杂量和频率的变化,介温谱表现明显的驰豫现象。

全文目录

中文摘要  6-8
Abstract  8-10
第一章绪论  10-39
  1.1 引言  10-11
  1.2 多铁材料的物理现象  11-19
    1.2.1 铁电性与电滞回线  11-12
    1.2.2 铁磁性与自发磁化  12-14
    1.2.3 多铁性与磁电耦合  14-16
    1.2.4 磁电效应  16-18
    1.2.5 磁介电效应  18-19
  1.3 多铁材料的物理机制  19-24
    1.3.1 多铁性材料匮乏的物理机制研究  19-21
    1.3.2 多铁性材料中铁电性和磁性共存的机制  21-24
  1.4 多铁材料的研究进展  24-31
    1.4.1 BiFeO_3概述  24-26
    1.4.2 BiFeO_3的研究现状  26-31
  1.5 选题依据和研究思想  31-33
  参考文献  33-39
第二章样品制备与性能测量  39-47
  2.1 样品制备  39-40
  2.2 样品的性能测量  40-46
    2.2.1 晶体结构表征  40-42
    2.2.2 铁电性能测量  42
    2.2.3 介电性能测量  42-43
    2.2.4 其它性能测试  43-46
  参考文献  46-47
第三章退火对BiCoO_3陶瓷性能的影响  47-59
  3.1 引言  47-49
  3.2 样品制备与性能测试  49-50
    3.2.1 样品制备  49
    3.2.2 结构及性能测试  49-50
  3.3 测试结果与讨论  50-56
    3.3.1 XRD 晶体结构分析  50-51
    3.3.2 扫描电镜照片  51-52
    3.3.3 介电性能  52-55
    3.3.4 磁电性能  55-56
  3.4 本章小结  56-57
  参考文献  57-59
第四章不同制备条件下掺Fe 对BiCoO_3结构和磁性的影响  59-77
  4.1 引言  59-60
  4.2 样品制备与性能测试  60-61
  4.3 测试结果与讨论  61-72
    4.3.1 XRD 晶体结构分析  61-63
    4.3.2 磁电性能  63-66
    4.3.3 铁电性能  66-68
    4.3.4 介电性能  68-72
  4.4 本章小结  72-74
  参考文献  74-77
第五章 Bi_(1-x) La_xFe_(0.5)Co_(0.5)O_3陶瓷制备和性能研究  77-88
  5.1 引言  77
  5.2 样品制备与性能测试  77-79
  5.3 测试结果与讨论  79-85
    5.3.1 XRD 晶体结构分析  79
    5.3.2 铁电性能  79-81
    5.3.3 磁电性能  81-83
    5.3.4 介电性能  83-85
  5.4 本章小结  85-86
  参考文献  86-88
第六章工作总结  88-89
研究生期间已发表和待发表的论文  89-90
致谢  90

掺杂BiCoO_3陶瓷制备和性能研究

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