A位摻雜與離子占位對層狀鈣鈦礦多鐵性的影響.pdf

1、鉍系層狀氧化物多鐵性材料是一類由(Bi2O2)2+和類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的[Am-1BmO3m+1]2-單元沿c方向周期性排布的材料，這種結(jié)構(gòu)通常也被稱為Aurviilius相。這種材料由于可能在室溫以上同時存在鐵電性和鐵磁性而備受矚目。在鉍系層狀氧化物中，占據(jù)類鈣鈦礦B位八面體中心的Ti/Fe離子非中心對稱，與周圍的氧離子形成強的相互作用，從而表現(xiàn)出其特有的鐵電性和鐵磁性，為實現(xiàn)室溫以上多鐵性提供了可能，有望在探索新型高密度存儲器、傳感器和自

2、旋電子器件等領(lǐng)域發(fā)展新的途徑。
　　本文主要以四層鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的Bi5Fe0.5Co0.5Ti3O15(BFCT)作為母體材料，研究了不同元素?fù)诫s、氧空位濃度以及制備方法對材料結(jié)構(gòu)和多鐵性能的影響。實驗以傳統(tǒng)的固相合成法為主要制備手段，采用高溫?zé)Y(jié)來制備多鐵陶瓷樣品。論文首先采用一種改進(jìn)的固相合成方法研究了A位摻雜元素濃度對材料結(jié)構(gòu)和性能的影響，然后對稀土元素A位摻雜時不同氧空位濃度對BFCT材料性能產(chǎn)生的差異進(jìn)行了研究，最后對比了

3、不同制備方法導(dǎo)致的A位摻雜元素離子占位不同對BFCT微觀結(jié)構(gòu)、多鐵性能等導(dǎo)致的差別。
　　論文的第一章介紹了多鐵材料研究的相關(guān)背景，包括多鐵材料研究的主要內(nèi)容、現(xiàn)狀以及目前的研究進(jìn)展。
　　第二章的內(nèi)容為陶瓷材料常用的制備方法和性能、結(jié)構(gòu)表征手段的基本原理介紹。
　　第三章首先介紹了采用插入法改良的固相合成制備手段研究A位摻雜濃度對BFCT陶瓷材料結(jié)構(gòu)、鐵電、鐵磁性能等方面的影響。分別選用0，0.25，0.5，0.75

4、，1.0的A位La摻雜量，將Bi1-xLaxFe0.5Co0.5O3簡單鈣鈦礦材料，摻雜進(jìn)事先制備好的三層Bi4Ti3O12中燒結(jié)多鐵陶瓷樣品。研究表明采用將摻La的磁性單元插入鐵電母體中會對材料的綜合性能產(chǎn)生一定的影響，并且隨著摻雜量的增加，樣品的微觀結(jié)構(gòu)也逐漸發(fā)生變化。通過對比研究發(fā)現(xiàn)La摻雜量為0.75時獲得較好的多鐵綜合性能。
　　第四章介紹采用傳統(tǒng)固相燒結(jié)工藝制備四層鉍系層鈣鈦礦單相多鐵材料Bi4.25R0.75Fe0.

5、5Co0.5Ti3O15(R=La，Pr，Sm，Eu，Gd，Dy)陶瓷樣品，以對比研究不同稀土元素A位摻雜對單相多鐵材料微觀結(jié)構(gòu)、鐵電、鐵磁等性能的影響。研究表明隨著摻雜元素的離子半徑的變化樣品的微觀結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)也發(fā)生了一定程度有規(guī)律的變化。在研究過程中發(fā)現(xiàn)了氧空位對樣品性能可能存在影響，選取Bi425La0.75Fe0.5Co05Ti3O15(BLFCT)樣品進(jìn)行了氣氛處理，重點研究了氧空位濃度對樣品的多鐵性能，尤其是在包括磁相變溫

6、度在內(nèi)的磁性能方面存在的影響及變化規(guī)律。
　　第五章考慮到層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中摻雜離子的占位不同可能會對材料的性能產(chǎn)生不同的影響，實驗嘗試采用可能影響摻雜元素占據(jù)位置的不同制作工藝，即在3層鈣鈦礦鐵電材料Bi4Ti3O12和Bi3.25La0.75Ti3O12中分別插入Bi0.25La0.75Fe0.5Co0.5O3和BiFe0.5Co0.5O3制備單相多鐵材料Bi4.25La0.75Fe0.5Co0.5Ti3O15(分別表示為:BT