金屬氧化物摻雜改性的BiFeO3-BaTiO3室溫多鐵陶瓷的結(jié)構(gòu)、壓電及多鐵性能研究.pdf

1、多鐵性材料是指同時擁有兩種及以上鐵性能的材料。具有簡單鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵酸鉍(BiFeO3)，有較高的居里溫度（TC=～1100K）和奈爾溫度(TN=～640 K)，是室溫下為數(shù)不多的同時存在鐵電性和鐵磁性的的單相多鐵材料，且因其電、磁有序而具有磁電耦合性質(zhì)，從而有望用于制作性能優(yōu)良的多功能電子元器件。然而，純相BiFeO3合成較困難、漏電流大且室溫?zé)o宏觀鐵磁性，制約了BiFeO3的發(fā)展和應(yīng)用。在BiFeO3中引入ABO3型鈣鈦礦鈦酸鹽形成

2、BiFeO3基固溶體，通常能改善材料的絕緣性能和抑制雜相生成。作為經(jīng)典的BiFeO3基固溶體，0.7BiFeO3-0.3BaTiO3顯示出優(yōu)良的壓電及多鐵性能，但目前利用金屬氧化物對其進(jìn)行摻雜改性的研究較少。本論文通過對0.7BiFeO3-0.3BaTiO3基陶瓷進(jìn)行金屬氧化物（Fe2O3、Co2O3、NiO和Nb2O5）摻雜改性，重點(diǎn)研究了金屬氧化物摻雜對其結(jié)構(gòu)、壓電性以及多鐵性的影響，得出以下結(jié)論:
　　(1)采用固相法成功制

3、備了0.7BiFeO3-0.3BaTiO3+1 mol％MnO2+x mol％NiO(x=0-3.0)多鐵性陶瓷，研究了NiO摻雜量對陶瓷物相結(jié)構(gòu)、顯微形貌、多鐵性和壓電性的影響。結(jié)果表明，該陶瓷具有菱方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，致密且無雜相。NiO摻雜抑制了晶粒生長，增強(qiáng)了陶瓷的絕緣性、鐵電性、壓電性和鐵磁性能。當(dāng)x=0.5時，R=～6.30×109Ω·cm,Pr=20μC/cm2,d33=151 pC/N,kp=35％;當(dāng)x=2.0時，陶瓷獲得最

4、優(yōu)的鐵磁性能(Mr=0.117emu/g)。
　　(2)采用固相法成功制備了0.7BiFeO3-0.3BaTiO3+1 mol％MnO2+y mol％Co2O3(y=0-3.0)陶瓷。研究表明，該陶瓷呈現(xiàn)菱方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出優(yōu)異的電絕緣性（R=6.62×109Ω·cm，J=2.17×10-5 A/cm2），增強(qiáng)的鐵電性和鐵磁性。當(dāng)y=1.0時，樣品呈現(xiàn)最優(yōu)的壓電性能（d33=134 pC/N，kp=0.33％），同時得到最大的剩

5、余磁化值(Mr=0.191 emu/g);當(dāng)y=1.5時，樣品有最優(yōu)的鐵電性能（Pr=23.0μC/cm2)。
　　(3)采用固相法成功制備了0.7BiFeO3-0.3BaTiO3+1 mol％MnO2+z mol％Fe2O3(z=0-3.0)陶瓷。結(jié)果表明，摻雜Fe2O3之后的陶瓷均形成R3c菱方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)且不含雜相，樣品均展現(xiàn)了良好的絕緣性能（R～109Ω·cm）。少量Fe2O3摻入能增強(qiáng)其壓電性（z=1.0，d33=139

6、pC/N）;同時，剩余磁化強(qiáng)度隨z的增加單調(diào)遞增，當(dāng)z=3.0時，Mr=0.401 emu/g。
　　(4)采用固相法成功制備了Bi0.7Ba0.3(Fe0.7Ti0.3)1-uNb0.66uO3(u=0-0.02)+1 mol％MnO2陶瓷。該陶瓷具有扭曲的菱方鈣鈦礦結(jié)構(gòu);少量摻雜后，該陶瓷晶粒規(guī)則且晶界分明，過量摻雜則抑制晶粒生長;樣品均呈現(xiàn)出低的漏電流(J～10-5-10-4 A/cm2)和高的電阻率(R～1091010Ω·