高温型无铅层状磁电复合材料的制备及其性能研究

发布时间：2017-06-28 17:13

  本文关键词：高温型无铅层状磁电复合材料的制备及其性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着科学技术的迅猛发展,铁电介电以及磁性材料在内的元器件的微型化和小型化是必然趋势,而磁电材料集合铁电性和铁磁性于一体,使它在占有相同的体积的情况下却可以在电路上拥有更多的功能。磁电材料能够实现电性能和磁性能之间的相互转化,能够做传感器、换能器、滤波器、振荡器、相位器等。磁电材料主要由单相磁电材料和复合磁电材料构成。由于单相的磁电材料的磁电性能比较差,所以现在主要研究磁电复合材料。磁电复合材料又主要分为0-3型的颗粒的磁电复合材料和2-2型的层状的磁电复合材料。2-2型的层状磁电复合材料以其制备简单、磁电耦合系数高等有优点而受到广泛的关注。同时,又由于现阶段的磁电复合材料多以含铅的锆钛酸铅等作为压电相,所以本文以环境友好型为目的,制备了高温型的无铅的层状磁电复合材料。本文主要制备了铁酸铋基、钛酸钡基和钛酸铋钠基的磁电复合材料,利用对比试验的方法将2-2型复合材料样品的性能与0-3型复合材料样品的电性能和磁性能进行对比研究,在同时变换性质差异较大的铁电相铁磁相,最终得出规律性的的实验结果。首先,本文在单相磁电材料BiFeO3的基础上将其与少量BaTiO3固溶在一起,制备出了不含杂相的BiFeO3-BaTi03 (BFO-BT)固溶体,提升了材料的电学性能,再将它与其他的铁氧体材料CoFe2O4(CFO)和BiY2Fe5O12 (BYIG)复合在一起成功制备出2-2型的BFO-BT/CFO和BFO-BT/BYIG层状的磁电复合材料。再通过改变铁磁相的含量来调控两相的相对含量,用以研究随铁磁相含量的变化材料性能的变化。研究表明,在复合材料中,本文中所有的铁电相和铁磁相都可以很好的共存,在高温下并不会发生化学反应以及明显的元素扩散,都可以很好的保持各自的物理特性。在电性能的测试中,CFO表现出了比BYIG大很多的漏电流,因此将他们分别与铁电相制备成复合材料后,BYIG基的复合材料表现出了比CFO基的复合材料更小的漏电流,更大的阻抗,以及更优异的电滞回线。但是由于钴铁氧体CFO的磁致伸缩系数很大,所以CFO基复合材料具有更大的磁电耦合系数。例如在BFO-BT与CFO复合的材料中,同时将制备而成的2-2型的复合材料与0-3型的复合材料进性对比可以得出,2-2型的复合材料的介电损耗tanδ(0-1.3)比相同CFO含量下0-3型的复合材料的介电损耗tanδ(0-3.5)小,2-2型的复合材料的阻抗(1.8x107Ω～1.2x109Ω)要比相同CFO含量下的0-3型的复合材料的阻抗(0.5×107Ω-4.4x18Ω)大,2-2型的复合材料的漏电流密度(0～300μA/cm2)要比相同CFO含量下的0-3型的复合材料的漏电流密度(0～900μA/cm2)小,并且2-2型的复合材料的电滞回线要比相同CFO含量下的0-3型复合材料的电滞回线更标准,2-2型的复合材料的磁电耦合系数(0～27mV/cm Oe)要比相同组分下的0-3的型复合材料的磁电耦合系数(0～8.6mV/cm Oe)更大。在其他基体复合材料中都具有类似的性质。其次,本文中将烧结助剂LiCO3添加到BaTiO3中用以提升BaTiO3 (BTO)陶瓷的致密度以及降低它的烧结温度,用以实现和CoFe2O4以及BiY2Fe5O12共烧在一起。利用这种方法制备出了2-2型的层状的磁电复合材料BTO/CFO和BTO/BYIG。在这里复合材料表现出了与BFO-BT/CFO和BFO-BT/BYIG复合材料相似的性能特点,同时也表现出了其优越性。BTO/CFO和BTO/BYIG复合材料明显提高了材料的压电性能,将其压电系数d33提升到10 pC/N-170pC/N,更在BTO/CFO复合材料中其磁电耦合系数最高达到了135 mV/cm Oe,这个数值与国际上的该类材料的最高值是很接近的。在BTO/BYIG复合材料中,由于漏电流的减小,极化性能提升,其2-2型复合材料的磁电耦合系数(4mV/cm Oe-15 mV/cm Oe)比0-3型复合材料的磁电耦合系数(0.03 mV/cmOe-0.24 mV/cm Oe)大了60倍。
【关键词】：磁电复合材料 层状结构 无铅 高温型 钙钛矿
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB332
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 1 绪论12-21
• 1.1 选题的背景和意义12-13
• 1.2 铁电性和铁电材料13-15
• 1.2.1 铁电体的电滞回线13-14
• 1.2.2 铁电体的压电效应14
• 1.2.3 钙钛矿型铁电材料14-15
• 1.3 铁磁体与磁性材料15-17
• 1.3.1 磁畴和磁滞回线15-16
• 1.3.2 磁性材料的基本物理性质16
• 1.3.3 铁氧体磁性材料的结构16-17
• 1.4 磁电复合材料17-19
• 1.4.1 磁致伸缩效应和压电效应的乘积效应17
• 1.4.2 磁电复合材料的制备方法17-18
• 1.4.3 磁电复合材料的连接方式18-19
• 1.5 本文的研究内容19-21
• 2 实验方案21-25
• 2.1 实验内容21
• 2.2 实验原料及实验设备21-22
• 2.3 实验技术路线及工艺流程22-23
• 2.4 实验测试分析方法23-25
• 2.4.1 复合材料的物相分析23
• 2.4.2 复合材料的形貌及结构分析23-24
• 2.4.3 电滞回线的测定24
• 2.4.4 磁性能的测定24
• 2.4.5 介电性能的测定24-25
• 3 铁酸铋基层状磁电复合材料的制备及其性能研究25-45
• 3.1 前言25-26
• 3.2 0.6BiFeO_3-0.4BaTiO_3/CoFe_2O_4层状复合材料的制备及其性能研究26-35
• 3.2.1 BFO-BT/CFO层状复合材料的物相分析及微观形貌26-28
• 3.2.2 BFO-BT/CFO层状复合材料的电学性能分析28-33
• 3.2.3 BFO-BT/CFO层状复合材料的磁电性能分析33-35
• 3.3 0.65BiFeO_3-0.35BaTiO_3/BiY_2Fe_5O_(12)层状复合材料的制备及其性能研究35-44
• 3.3.1 BFO-BT/BYIG层状复合材料的物相分析及微观形貌35-36
• 3.3.2 BFO-BT/BYIG层状复合材料的电学性能分析36-40
• 3.3.3 BFO-BT/BYIG层状复合材料的磁电性能分析40-44
• 3.4 本章小结44-45
• 4 钛酸钡基层状磁电复合材料的制备及其性能研究45-62
• 4.1 前言45
• 4.2 BaTiO_3/CoFe_2O_4层状磁电复合材料的制备及其性能研究45-54
• 4.2.1 BTO/CFO层状复合材料的微观结构45
• 4.2.2 BTO/CFO层状复合材料的电学性能分析45-51
• 4.2.3 BTO/CFO层状复合材料的磁电性能分析51-54
• 4.3 BaTiO_3/BiY_2Fe_5O_(12)层状磁电复合材料的制备及其性能研究54-60
• 4.3.1 BTO/BYIG层状复合材料的物相分析及微观形貌54
• 4.3.2 BTO/BYIG层状复合材料的电学性能分析54-58
• 4.3.3 BTO/BYIG层状复合材料的磁电性能分析58-60
• 4.4 本章小结60-62
• 5 钛酸铋钠基层状磁电复合材料的制备及其性能研究62-71
• 5.1 前言62
• 5.2 0.65BaTiO_3-0.35Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3/CoFe_2O_4复合材料的制备及其性能研究62-65
• 5.2.1 BTO-BNT/CFO层状复合材料的物相分析及微观形貌62-63
• 5.2.2 BTO-BNT/CFO层状复合材料的电学性能分析63-65
• 5.2.3 BTO-BNT/CFO层状复合材料的磁电性能分析65
• 5.3 0.65Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3-0.35BaTiO_3/BiY_2Fe_5O_(12)复合材料的制备及其性能研究65-70
• 5.3.1 BTO-BNT/BYIG层状复合材料的物相分析及微观形貌65-67
• 5.3.2 BTO-BNT/BYIG层状复合材料的电学性能分析67-68
• 5.3.3 BTO-BNT/BYIG层状复合材料的磁电性能分析68-70
• 5.4 本章小结70-71
• 6 结论71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-79
• 攻读学位期间发表的学术论文目录79-81

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6 本报记者 陆本，

本文编号：494647