類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)新型多鐵性陶瓷的探索.pdf

1、由于存在重要的理論研究意義和廣闊的實(shí)際應(yīng)用前景，近年來磁電多鐵性材料受到了前所未有的廣泛關(guān)注。其中類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)新型多鐵性材料無疑是研究的熱點(diǎn)之一。本課題首先選取具有鈣鐵石結(jié)構(gòu)的Ca2FeAO5+δ(A=Al，Ga)體系陶瓷為研究對(duì)象，系統(tǒng)研究了其晶體結(jié)構(gòu)、介電、磁學(xué)和磁介電性能，并深入分析其磁介電起源;同時(shí)選取具有Ruddlesden-Popper(R-P)層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的Ca3(Ti1-xMnx)2O7(x=0，0.05，0.1，0.

2、15)體系陶瓷為研究對(duì)象，系統(tǒng)研究了其晶體結(jié)構(gòu)、鐵電性能及相變行為，并分析Mn4+置換對(duì)其晶體結(jié)構(gòu)及鐵電性的影響。
　　Ca2FeAO5+δ(A=Al，Ga)體系陶瓷中，超化學(xué)計(jì)量比的氧使得部分Fe3+被氧化為Fe4+。同時(shí)，在Fe3+和Fe4+之間躍遷的空穴極化子，引起了兩種樣品中的介電弛豫現(xiàn)象。兩種樣品均為反鐵磁材料，而Fe4+和Fe3+之間未完全抵消的磁矩造成了樣品的微弱鐵磁性。兩種樣品中均出現(xiàn)了室溫巨磁介電現(xiàn)象，并且磁介電

3、效應(yīng)對(duì)弱磁場(chǎng)十分敏感。最大磁介電系數(shù)-31.7％為Ca2FeGaO5+δ陶瓷樣品于10 MHz、1.4 T條件下獲得。不同頻率下磁介電效應(yīng)的起源不同，相對(duì)較低頻率下的磁介電效應(yīng)是由非本征因素引起的，而相對(duì)較高頻率下的磁介電效應(yīng)是由本征因素引起的。本征磁介電效應(yīng)起源于外加磁場(chǎng)對(duì)Fe3+和Fe4+之間的電荷波動(dòng)的抑制。兩種樣品接近室溫的反鐵磁轉(zhuǎn)變溫度TN也使樣品的磁介電效應(yīng)得到進(jìn)一步增強(qiáng)。
　　Ca3(Ti1-xMnx)2O7(x=0

4、，0.05，0.1，0.15)體系陶瓷的空間群為A21am，屬于極性點(diǎn)群，其鐵電性起源于a-a-c+氧八面體扭轉(zhuǎn)。樣品在室溫下均出現(xiàn)了典型的電滯回線，同時(shí)矯頑場(chǎng)附近的電流峰也證明樣品確實(shí)存在鐵電性。最大的極化值為3.09μC/cm2，出現(xiàn)在Ca3Ti2O7中。隨著Mn4+置換量x的增加，樣品的極化值幾乎呈線性下降。樣品的DSC圖譜中出現(xiàn)一級(jí)鐵電相變的吸熱和放熱峰，并存在明顯的熱滯。隨著Mn4+置換量x的增加，吸、放熱峰的溫度呈線性下降。