基于钇掺杂铁酸铋的制备和性能研究

发布时间：2020-05-17 16:25

【摘要】：铁酸铋材料是室温下唯一一个具有铁电性和反铁磁性的单相多铁性材料。由于其较高的铁电居里温度(Tc~1103K)和高的G型反铁磁尼尔温度(Tn~643K),因此铋铁氧体有望应用于多铁器件、存储设备和光伏器件,因而受到国内外科学研究者广泛关注。虽然铁酸铋在理论计算上拥有较大的剩余极化强度,但是纯铁酸铋在高温烧结过程中,由于铋元素容易挥发以及三价铁离子向二价铁离子发生部分转变,造成较多的氧空位产生,使得其漏电流较大;另外铁酸铋内部的螺旋磁结构,使得磁矩被锁定,不能表现出较大的磁性,因此实际应用受到限制。通过离子掺杂可以很大程度改善这一情况。在这篇论文研究中,我们的专注点主要在于钇掺杂或钇与3d过渡金属元素共掺杂来提高铁酸铋的性能。本论文研究工作主要如下:1,我们用溶胶凝胶法制备了纯铁酸铋和掺钇系列样品并研究了其结构、形貌和多铁性能。X射线衍射和扫描电子显微镜的测试结果表示随着掺杂浓度的升高,晶体结构会收缩,同时宏观上粒径减小。铁电和铁磁测试结果也表明掺杂明显提高了铁酸铋的多铁性能,并且最佳掺杂量是10%钇掺杂。2,同样用溶胶凝胶法制备了钇和过渡金属(锌,钴)共掺杂系列样品,并且系统研究了其结构、形貌、光学、多铁性能。对于锌和钇共掺样品,对样品测试的X射线衍射谱进行里特伍德精修,掺杂样品能很好地用两相模型(菱形R3C和立方PM-3M)进行精修。其中锌、钇共掺杂样品的紫外可见光吸收光谱明显向低波长方向移动,伴随着带隙的减小。最大的磁化强度发生在锌掺2.5%和钇掺7.5%,这表明过量的掺杂会导致磁性的降低。单掺Co或单掺Y都能提高铁酸铋的铁电和铁磁性能,但是二者适量比例的二元共掺会更进一步提高铁酸铋的铁电和铁磁性能,这归因于Y~(3+)和Fe~(3+)之间的铁磁耦合及Fe~(2+)和Fe~(3+)之间的超交换作用。3,为了研究相变程度对铁酸铋结构、光学、铁电和铁磁性能的影响,我们制备了钇和铕共掺杂样品,我们选定A位掺杂总含量不变,改变掺杂的不同比例,来研究其相变情况及其性能变化。XRD精修数据表明铕掺杂含量相对较高时,菱形到立方的相变程度较大。从紫外可见光吸收光谱中,可以看出较小程度的相变时,在可见光范围内的吸收更大。相变程度对多铁性的影响,我们做了较为系统的研究。研究发现,电滞回线和漏电测试表明较小程度的相变可以很大程度改变铁酸铋的铁电性能,通过对XPS测试分析铁离子价态,进一步验证上述结果。铁酸铋的菱形相本身磁性很大,但是由于内部的螺旋自选结构,磁化被锁定,掺杂诱发了相转变,释放了磁化,磁性增强。
【图文】：

铁电材料,电滞回线

图 1.1 铁电材料的电滞回线，铁电晶体中存在许多均匀极化的地区称为铁电畴，在铁电畴的同一方向对齐。晶体中有许多铁电畴，彼此的分割界面称为畴壁场时，铁电畴在外场影响下会沿着施加的电场方向进行平行排列究学者发现，温度对铁电材料的铁电性有着很大的影响并且存电居里转变温度），比如当外界温度高于 Tc 时，晶体的内部热被打乱并且电畴会发生彻底的解体，，同时伴随着铁电性消失，铁电相。还有，在转变温度附近，铁电材料的其他性质比如介电性很大的改变。是一种很重要的介电材料，它常应用在铁电存储器、微波电路中等。高性能的铁电材料具有广泛应用前景,一直是研究的热点。很型铁电材料的同时，也企图考虑选取不同的铁电材料进行复合形备方法，但是从研究结果看，对复合界面的理论研究也刚起步，

铁磁材料,磁滞回线

学位硕士研究生学位论文第 1.2 所示。在初始阶段，M 随着 H 的增加会呈现线性增加的关系，系；随着磁场强度增加，其变化趋势是非线性的 AB 段，磁场强关系。当外加磁场强度从 Hs 开始逐渐减小时，磁化强度并不沿原下降。随着外场的交变反复，磁化强度的路径为 BCDEFGB 的环限温度 T，也称作为居里温度 Tc，在这个温度以下铁磁体才表现这个温度时，高温使晶体材料中原子热运动加剧，打破了磁矩的反铁磁和顺铁磁之间的转变温度称为奈尔温度 Tn。
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ135.32

【参考文献】