新型多鐵性化合物的合成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)研究.pdf

1、多鐵性材料是指在一定溫區(qū)內(nèi)同時(shí)具有鐵電(反鐵電)序、鐵磁(反鐵磁)序和鐵彈序的材料。目前研究最為廣泛的多鐵性材料是指同時(shí)擁有極化有序和磁有序的材料。因而,這兩種有序之間的耦合作用(磁電效應(yīng))是研究的熱點(diǎn)。所謂磁電效應(yīng),即通過(guò)加入外電場(chǎng)感應(yīng)出磁化,或通過(guò)加入外磁場(chǎng)引入極化。自從磁電效應(yīng)的首次發(fā)現(xiàn)以來(lái),人們就意識(shí)到,材料的磁性質(zhì)與電性質(zhì)的相互滲透將有巨大的科技運(yùn)用前景。自上世紀(jì)60-70年代以來(lái),由于這類(lèi)材料的不斷發(fā)現(xiàn)以及兩種有序共存耦合導(dǎo)

2、致某些特有的物理性質(zhì),而使之備受人們的關(guān)注,通過(guò)磁電耦合,鐵電有序或外電場(chǎng)可導(dǎo)致自旋的再分布而改變系統(tǒng)的磁性質(zhì),同樣由于自旋有序的漲落通過(guò)磁致伸縮可能的電子—聲子作用可以導(dǎo)致鐵電馳豫或介電異常。
　　 本文主要圍繞鈣鈦礦及相關(guān)固體氧化物開(kāi)展了一系列合成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)研究工作。我們主要通過(guò)兩種尋找新物相的方法進(jìn)行化學(xué)合成:一方面,從三元氧化物體系的相關(guān)系出發(fā),尋找新型多鐵性化合物;另一方面,根據(jù)鈣鈦礦及其相關(guān)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),結(jié)合元素的化

3、學(xué)性質(zhì),設(shè)計(jì)合成可能具有多鐵性的化合物;進(jìn)而利用衍射技術(shù)(包括X射線(xiàn)粉末衍射、電子衍射、中子衍射),電子顯微技術(shù)(包括掃描電鏡和高分辨電鏡),結(jié)合其他一系列物理、化學(xué)性質(zhì)測(cè)量,研究所得化合物的結(jié)構(gòu)及相變特點(diǎn);再測(cè)量其電學(xué)與磁學(xué)性質(zhì)并討論結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。主要研究結(jié)果如下:
　　 合成了固溶體BaBi1-xTaxO3(0≤x≤0.5),結(jié)合X射線(xiàn)粉末衍射、會(huì)聚束電子衍射和中子衍射確定其空間群為P1,雖然沒(méi)有對(duì)稱(chēng)中心,但該固溶體并沒(méi)

4、有顯示出本征的鐵電性;合成了固溶體SrxBi1-xMnxFe1-xO3(0≤x≤1.0),通過(guò)摻雜,用傳統(tǒng)的高溫固相方法合成出質(zhì)量較好的純相BiFeO3,并且使室溫下呈現(xiàn)反鐵磁的BiFeO3轉(zhuǎn)變成為鐵磁性;研究了Fe2O3-PbO-Ta2O5和Fe2O3-Bi2O3-Ta2O5體系的平衡相關(guān)系,在三元相圖中均發(fā)現(xiàn)了一個(gè)固溶范圍較廣的具有焦綠石相(A2B2O7)結(jié)構(gòu)的固溶區(qū),研究了固溶區(qū)內(nèi)樣品的鐵電性和磁性,在Fe2O3-Bi2O3-Ta

5、2O5體系里發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)同構(gòu)的新化合物Fe0.1Bi2.4Ta4.5O15和Bi1.02Ta1.98O4,并確定了它們的晶體結(jié)構(gòu);研究了BaCO3-HfO2-MnCO3體系的平衡相關(guān)系,發(fā)現(xiàn)了固溶體BaHfxMn1-xO3(0.218;0.145≤x≤0.165),其空間群為P63/mmc,測(cè)量了BasMn4.25Hf0.75O15和Ba4Mn3.128Hf0.872O15樣品的磁性,在常溫下均為順磁性,低溫下均顯示弱的亞鐵磁性。