稀土摻雜釔鐵石榴石鐵氧體的結(jié)構(gòu)和磁性能研究.pdf

1、石榴石型鐵氧體具有優(yōu)良的旋磁特性、非常窄的鐵磁共振線寬、較高的電阻率，這些優(yōu)異的性能引發(fā)了人們的研究熱潮。釔鐵石榴石(Y3Fe5O12)是石榴石鐵氧體材料中一種典型的品種，其在微波場(chǎng)內(nèi)磁損耗小，故常被用作微波器件。微波鐵氧體比飽和磁化強(qiáng)度Ms是器件設(shè)計(jì)者選擇材料的重要參數(shù)之一。通過(guò)對(duì)c、a、d位離子的摻雜取代，可以改變分子磁矩，從而改變比飽和磁化強(qiáng)度;配方確定以后，對(duì)多晶鐵氧體的比飽和磁化強(qiáng)度影響最大的是煅燒溫度。本文選擇稀土Gd3+離

2、子、Ce3+離子對(duì)Y3Fe5O12材料的c位置進(jìn)行單元摻雜和雙元摻雜，并研究不同煅燒溫度對(duì)樣品磁性能的影響。本論文實(shí)驗(yàn)合成方法均采用具有精確可控、合成工藝簡(jiǎn)單、分散性較佳等優(yōu)點(diǎn)的溶膠-凝膠自蔓延法。運(yùn)用X射線衍射儀(XRD)、傅里葉紅外光譜儀（FT-IR)、掃描電子顯微鏡(SEM)、振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)和磁性能進(jìn)行了表征。
　　具體研究工作如下:
　　1.利用Gd3+離子對(duì)Y3Fe5O12鐵氧體進(jìn)行摻雜改性研

3、究。XRD圖譜分析表明，樣品為單一相的石榴石結(jié)構(gòu);樣品的平均晶粒尺寸、晶格常數(shù)與密度均隨著Gd3+離子含量的增加而增大;對(duì)于同一摻雜量的樣品來(lái)說(shuō)，平均晶粒尺寸隨著煅燒溫度的升高而增大。FT-IR分析表明，摻入Gd3+離子的樣品與YIG相比發(fā)生了紅移:Gd3+離子含量x=0.0時(shí)，四面體Fe-O鍵的伸縮振動(dòng)峰在波數(shù)為565cm-1、600cm-1、658cm-1處;Gd3+離子含量x=1.0時(shí)，四面體Fe-O鍵的伸縮振動(dòng)峰在波數(shù)為560c

4、m-1、597cm-1、653cm-1處。VSM分析表明，樣品的比飽和磁化強(qiáng)度隨Gd3+離子含量的增加從28.15emu/g減小到17.08emu/g。對(duì)于同一摻雜量的樣品來(lái)說(shuō)，當(dāng)煅燒溫度升高時(shí)，樣品的比飽和磁化強(qiáng)度是增大的，但增幅很小:煅燒溫度為800℃時(shí)，YIG的比飽和磁化強(qiáng)度為26.49emu/g;煅燒溫度為1100℃時(shí)，YIG的比飽和磁化強(qiáng)度為28.15emu/g。SEM及其統(tǒng)計(jì)分布圖表明，樣品Y2.5Gd0.5Fe5O12的尺

5、寸分布均勻、結(jié)晶度良好，平均顆粒尺寸為3.514μm。
　　2.利用Ce3+離子對(duì)Y3Fe5O12鐵氧體進(jìn)行摻雜改性研究。XRD圖譜分析表明，樣品為單一相的石榴石結(jié)構(gòu);樣品的平均晶粒尺寸隨著Cd+離子含量的增加先減小后增大;對(duì)于同一摻雜量的樣品來(lái)說(shuō)，平均晶粒尺寸隨著煅燒溫度的升高而增大。FT-IR分析表明，摻入Ce3+離子的樣品與YIG相比發(fā)生了紅移:Ce3+離子含量x=0.00時(shí)，四面體Fe-O鍵的伸縮振動(dòng)峰在波數(shù)為565cm-

6、1、600cm-1、658cm-1處;Ce3+離子含量x=0.10時(shí)，四面體Fe-O鍵的伸縮振動(dòng)峰在波數(shù)為563cm-1、600cm-1、658cm-1處。VSM分析表明，樣品比飽和磁化強(qiáng)度隨著Ce3+離子含量的增加變化不大;但對(duì)于同一摻雜量的樣品來(lái)說(shuō)，比飽和磁化強(qiáng)度隨著煅燒溫度的升高而增大:煅燒溫度為800℃時(shí)，Y2.99Ce0.01Fe5O12和Y2.91Ce0.09Fe5O12比飽和磁化強(qiáng)度分別為27.18emu/g和28.02e

7、mu/g;煅燒溫度為1100℃時(shí)，Y2.99Ce0.01Fe5O12和Y2.91Ce0.09Fe5O12比飽和磁化強(qiáng)度分別增大到28.09emu/g和28.98emu/g。SEM照片可以觀察到團(tuán)聚。
　　3.利用Gd3+離子、Ce3+離子對(duì)Y3Fe5O12鐵氧體進(jìn)行共同摻雜改性研究。XRD圖譜分析表明，樣品為單一相的石榴石結(jié)構(gòu);樣品的晶格常數(shù)與密度均隨著Gd3+離子含量的增加而增大，平均晶粒尺寸隨著Gd3+離子含量的增加先增大后減

8、小;對(duì)于同一摻雜量的樣品來(lái)說(shuō)，平均晶粒尺寸隨著煅燒溫度的升高而增大。FT-IR分析表明，摻入Gd3+離子的樣品與Y2.9Ce0.1Fe5O12相比發(fā)生了紅移:Gd3+離子含量x=0.0時(shí)，四面體Fe-O鍵的伸縮振動(dòng)峰在波數(shù)為563cm-1、600cm-1、658cm-1處;Gd3+離子含量x=0.9時(shí)，四面體Fe-O鍵的伸縮振動(dòng)峰在波數(shù)為560cm-1、596cm-1、652cm-1處。VSM分析表明，樣品比飽和磁化強(qiáng)度隨著Gd3+離子

9、含量的增加從26.36emu/g減小到17.45emu/g。對(duì)于同一摻雜量的樣品來(lái)說(shuō)，當(dāng)煅燒溫度升高時(shí)，樣品的比飽和磁化強(qiáng)度是增大的，但增幅很小:煅燒溫度為800℃時(shí)，Y2.9Ce0.1Fe5O12的比飽和磁化強(qiáng)度為26.75emu/g;煅燒溫度為1100℃時(shí)，Y2.9Ce0.1Fe5O12的比飽和磁化強(qiáng)度為28.26emu/g。SEM及其統(tǒng)計(jì)分布圖表明，樣品Y2.6Ce0.1Gd0.3Fe5O12尺寸分布均勻、結(jié)晶度良好，平均顆粒尺寸