铋系层状钙钛矿材料的B位掺杂改性及织构陶瓷制备
本文关键词:铋系层状钙钛矿材料的B位掺杂改性及织构陶瓷制备
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【摘要】:多铁材料由于同时具备铁电、铁磁和铁弹性中的两种或两种以上基本铁性,而在传感器、致动器、多状态存储器等器件的实际应用中具有极大的物理意义。铋系层状结构铁电体(BLSFs)作为典型的单相多铁材料之一,有较好的抗疲劳特性和铁电性能,但磁性很弱,或在很低的温度下才能观测到磁电效应。引入Co,Fe,Cr,Mn等磁性元素进行掺杂或者几种元素共掺杂是常用的改善BLSFs性能的方法之一。Ni也是一种重要的磁元素,但关于对m=4的BLSFs掺杂Ni的报道相对较少。本文利用多步固相反应法制备出 Bi_4NdTi_3Fe_(1-x)Ni_x015(BNTF-Ni_x)系列样品,分析得出 了Bi_4NdTi_3Fe0.7Ni_(0.3)O_(15)(BNTF-Ni_(0.3))是其中具有最佳室温多铁性能的样品。考虑到BLSFs的晶体结构沿a/b轴方向和沿c轴方向有很大的差异,晶体结构的各向异性必然会导致其性能也具有各向异性。于是针对BNTF-Ni_(0.3)制备了高c轴择优取向样品。研究了BNTF-Ni_(0.3)的微结构,磁性、介电性能与晶体取向的依赖关系。由于m=4的Bi_4NdTi_3Fe015(BNTF)结构的类似于在m=3的铁电体Bi_4Ti_3012(BTO)中插入磁性单元BiFe03(BFO),本文还研究了通过Fe取代部分Ti以使m=3的铁电体BTO获得磁性,同时制备了高c择优取向的Bi3.15Nd0.85Ti2.4Fe_(0.6)015(BNT-Fe_(0.6))样品。因此,本文采用多步固相法在制备BNTF陶瓷材料的过程中引入Ni 了掺杂;用熔盐法制备了 4层BNTF-Ni_(0.3)陶瓷样品和3层BNT-Fe_(0.6)陶瓷样品,并对上述样品进行了微观结构及形貌、铁电铁磁及磁电耦合效应的表征,主要结论如下:1.多步固相法制备的随机取向BNTF-Ni_x陶瓷样品:剩余磁化强度2Mr、剩余极化值2Pr随Ni掺杂浓度x增大呈现先增大后减小的趋势,分别在x=0.3和0.5时达到最大值。εr在1 MHz下,x=0.3时达到最大值416。综合考虑磁性能与介电、铁电性能,多步固相法制备的BNTF-Ni_(0.3)陶瓷样品具有最佳室温多铁性能。2.熔盐法制备的织构BNTF-Ni_(0.3)陶瓷:XRD和SEM图谱清晰的表明多晶陶瓷具有极强的织构。生粉坯因压力,出现晶粒定向排列。预烧温度在700~850℃范围内,随预烧温度升高,粉还的织构度增加。粉坯取向度对烧结成的陶瓷片的晶粒取向十分重要,粉坯取向度越高,陶瓷片的取向度越高,且越容易控制。研究了表面样品(垂直于压力轴方向切割的样品)和截面样品(平行于压力轴方向切割的样品)的磁性能、磁介电性能的各向异性。磁滞回线的特征参数剩余磁化强度2Mr、矫顽场2Hc以及2Ms都对偏转角θ(磁场与陶瓷片表面的夹角)表现出强烈的依赖关系。在1 kHz时,截面样品的介电常数是表面样品的4倍。值得注意的是,在100 kHz以上,表面样品(沿c轴方向)表现出正磁介电效应与正磁损耗效应,而截面样品(沿非c方向)表现出负磁介电效应与负磁损耗效应。3.熔盐法制备的铁掺杂BNT-Fe_(0.6)高度织构陶瓷:XRD和SEM图谱清晰的表明多晶陶瓷具有极强的织构。在溶盐与氧化物的比值在0.5~4的范围内,随溶盐比升高,取向度有下降趋势。BNT-Fe_(0.6)表面样品在磁场沿陶瓷片面内(θ=0°)和面外(θ=90°)方向测得的磁滞回线揭示了磁各向异性。BNT-Fe_(0.6)的磁损耗效应和磁介电效应与BNTF-Ni_(0.3) 的类似。
【学位授予单位】:湖北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TQ174.1
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,本文编号:1200081
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