稀土Tb摻雜BiFeO3材料的結(jié)構(gòu)與磁性能研究.pdf

1、多鐵性材料同時(shí)存在鐵電性和鐵磁性,在信息存儲(chǔ)、自旋電子器件及光電傳感器等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。作為目前唯一在室溫下同時(shí)具有鐵電性和鐵磁性的單相多鐵性材料,BiFeO3受到了廣泛關(guān)注。制備過程中,由于雜相的存在以及特殊的磁結(jié)構(gòu),使其磁性能較弱,嚴(yán)重影響其應(yīng)用與發(fā)展。本論文通過不同的方法合成具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵酸鉍(BiFeO3)材料,采用 X射線衍射儀(XRD)、熱分析儀(DSC和 TG)、掃描電子顯微鏡(SEM)、振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM

2、)、紫外吸收光譜儀(UV-Vis)、傅立葉紅外光譜儀(FTIR)等對(duì)鐵酸鉍(BiFeO3)材料的相結(jié)構(gòu)、形貌、磁性能、光吸收性能等進(jìn)行表征,對(duì)影響鐵酸鉍(BiFeO3)材料性能的因素進(jìn)行了探究。通過稀土離子 Tb3+對(duì)鐵酸鉍(BiFeO3)材料的摻雜改性,提高其磁性能,并對(duì)稀土離子Tb3+對(duì)磁性能的影響機(jī)理進(jìn)行了研究與探討。本論文的研究成果如下:
　　(1)通過控制水熱溫度與礦化劑的濃度,在KOH濃度為6 mol/L、水熱反應(yīng)6

3、h、水熱溫度高于200℃時(shí)可制備出菱面鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的BiFeO3粉體。KOH濃度、水熱溫度在 BiFeO3粉體合成中起重要作用。水熱反應(yīng)合成的 BiFeO3粉體具有弱鐵磁性。此外, BiFeO3粉體的磁性隨著水熱溫度的提高而逐漸減弱。
　　(2)采用溶膠凝膠法,在熱處理溫度為550℃時(shí)能合成菱面鈣鈦礦結(jié)構(gòu)BiFeO3粉體。納米粉體粒徑約為80-120 nm,且能響應(yīng)可見光,光學(xué)禁帶寬度約為2.19 eV。在室溫下BiFeO3納米粉體

4、呈現(xiàn)弱鐵磁性。BiFeO3粉體的磁性隨著粉體晶粒的尺寸的減小而增強(qiáng)。此外, BiFeO3粉體呈現(xiàn)一定的程度的交換偏置現(xiàn)象。
　　(3)通過溶膠凝膠法熱處理溫度為550℃時(shí),合成了Bi1-xTbxFeO3(x=0,0.03,0.05,0.08,0.1)粉體。Tb3+完全取代BiFeO3中Bi3+的位置,且隨Tb3+的增加,相結(jié)構(gòu)由扭曲的菱方畸變的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成的四方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的變化導(dǎo)致了 Bi1-xTbxFeO3粉體的磁和光

5、學(xué)性能的變化。不同 Tb3+摻雜濃度可以調(diào)節(jié)BiFeO3對(duì)可見光的響應(yīng)范圍,BiFeO3的禁帶寬度隨摻雜濃度的提高而減小。Bi1-xTbxFeO3粉體磁性能隨Tb3+的摻雜有顯著的提高,存在交換偏置現(xiàn)象。
　　(4)在溶膠凝膠法的基礎(chǔ)上,通過 Bi氣氛燒結(jié),利用稀硝酸清洗合成出了Bi1-xTbxFeO3陶瓷。稀硝酸的處理能有效抑制 BiFeO3陶瓷中雜相的產(chǎn)生。隨著Tb3+摻雜濃度的提高,陶瓷逐漸由扭曲的菱方畸變的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成