Cr-Fe共摻雜BaTiO3多鐵性材料與多元儲氫合金的電化學(xué)性能研究.pdf

1、1 BaTiO3基多鐵性材料研究
　　在論文本部分工作中,我們通過在鐵電材料BaTiO3中摻入過渡金屬元素來獲得兼具鐵磁性和鐵電性的的復(fù)合多鐵材料。系統(tǒng)研究了Fe/Cr摻雜的BaTiO3的多鐵性質(zhì),用Fe/Cr共摻雜的方法顯著提高了BaTiO3多鐵性能,具體結(jié)果如下:
　　1.1 BaTi1-xCrxO3系列材料(x=1.0％、2.5％、5.0％、7.5％)
　　Cr摻雜量小于2.5％的樣品為純四方BaTiO3結(jié)構(gòu);C

2、r摻雜量高于2.5％的樣品中出現(xiàn)了六方BaCrO3相。這說明Cr在BaTiO3中的溶解度較低。對摻雜量為2.5％的樣品的XPS測量表明Cr元素在樣品中以單一價態(tài)Cr3+存在,結(jié)合XRD測試表征結(jié)果,可以認(rèn)為Cr離子替代了BaYiO3晶格中的Ti離子。鐵電性質(zhì)測量表明樣品在室溫下具有著良好的鐵電性,并隨著Cr摻雜含量的增加,樣品中漏電流逐漸增加,鐵電性能逐漸降低;磁性測量結(jié)果顯示,BaTi1-CrxO3系列樣品都表現(xiàn)出了室溫鐵磁性,并且隨

3、著Cr摻雜含量的提高,樣品的比飽和磁化強度先增加后減小,當(dāng)Cr摻雜量為5.0％時,樣品的比飽和磁化強度出現(xiàn)極大值,但磁化強度較弱,綜合XRD測試結(jié)果表明Cr3+離子是造成室溫鐵磁性的根本原因。高溫σ-T曲線在鐵電相變溫度(400 K)附近的比磁化強度的跳變證明了在樣品中存在著磁電耦合效應(yīng)。N2氛圍下退火后,樣品磁性降低,BaCrO3相消失,同樣從另一方面證明了樣品的磁性源于Cr離子問的超交換相互作用,同時與氧卒位的存在相關(guān)。
　　

4、1.2 BaTi1-xFexO3系列材料(X=1.0％、2.5％、5.0％、7.5％)與BaTi0.95-XFexCr0.05O3系列材料(x=2.5％、5.0％、7.5％)
　　由于Cr離子摻雜的BaTiO3樣品磁性較弱,為了克服這一點,我們制備了Fe/Cr共摻雜的樣品并且同F(xiàn)e單摻雜的樣品進行了對比。結(jié)合XRD相結(jié)構(gòu)分析與XPS測量數(shù)據(jù),Fe/Cr共摻雜BaTiO3樣品與Fe摻雜的BaTiO3樣品均為四方鈣鈦礦與六方鈣鈦礦兩相

5、共存結(jié)構(gòu),Fe同樣替代了BaTiO3品格中的Ti離子,并且Fe元素在其中以Fe3+形式存在。說明Fe/Cr共摻雜能夠有效的提高Cr離子在BaTiO3中的溶解解度。磁電表征發(fā)現(xiàn)隨著Fe摻雜含量的增加,Fe摻雜BaTiO3樣品比飽和磁化強度先增加后減小,鐵電性能逐漸降低直至消失;Fe/Cr共摻雜BaTiO3樣品的比飽和磁化強度線性增大,鐵電性能有所下降。這說明Fe/Cr共摻雜可以在顯著提高鐵磁性能的同時,將BaTiO3鐵電性保持的仍然較為良

6、好。Fe摻雜BaTiO3與Fe/Cr共摻雜BaTiO3樣品的磁矩在鐵電居里溫度附近的跳變表明了樣品中存在自發(fā)的磁電耦合。說明共摻雜是一種獲得良好磁電耦合性能的BaTiO3基多鐵性材料的有效途徑。
　　綜上,我們成功制備出了Cr摻雜的BaTiO3基多鐵性材料,并且通過Fe/Cr共摻雜的方法明顯提高了Fe摻雜BaTiO3基多鐵性材料的鐵電性能。關(guān)于鐵磁性得到提高的原因,我們認(rèn)為是過渡金屬離子通過以氧離子為媒介的超交換作用直接導(dǎo)致了鐵磁

7、性的產(chǎn)生和增強,并且這種交換作用還會使Ti的3d殼層不再完全為空,破壞了時間反演對稱性,并導(dǎo)致了鐵電性能的消失。
　　2熱處理與相成分變化對多元儲氫合金的微觀結(jié)構(gòu)及電化學(xué)特性的影響。
　　在論文本部分工作中,我們制備了多元儲氫合金La-Mg-Ni-Co,并研究了不同的熱處理手段對La0.83Mg0.17Ni3.9合金儲氫能力的影響以及優(yōu)化合會的成分對La-Mg-Ni-Co合金的電化學(xué)性質(zhì)的影響。
　　2.1采用頻感熔煉

8、法制備了La0.83Mg0.17Ni3.9合金,并對此合金進行了不同時間的熱處理。衍射分析證實了合金主要由LaNi5、Pr5Co19、Ce2Ni7和PuNi3相構(gòu)成,退火前后,合金La083Mg0.17Ni3.9的物相組成沒有發(fā)生變化,可是退火后合金中CaCu5相豐度降低,同時其它相也有不同程度的變化。退火合金比鑄態(tài)合金的吸氫容量更高,查看壓力組成曲線,我們認(rèn)為合金吸氫可以分為兩個過程,這金與兩過程中起決定作用的相成分不同有著密切的關(guān)系