离子掺杂铁酸钇制备及其晶体结构和磁性能研究
发布时间：2021-06-06 03:43
铁酸钇（YFeO3）是一种经典ABO3钙钛矿型铁氧体,具有高电阻率、快畴壁移动和高反铁磁转变温度等性能,在磁感应器、微波器件和光位置测量等领域有良好前景。YFeO3的应用受其磁性能影响,所以研究者致力于以离子掺杂YFeO3和制备其复合材料等途径来提高其磁性。本文用溶胶凝胶法制备纯相和Eu3+、Nd3+掺杂一系列YFeO3样品,通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、红外光谱（FTIR）、震动样品磁强计来表征样品的晶体结构、显微形貌和磁性能,研究Eu3+、Nd3+掺杂对YFeO3结构和性能方面的影响。得到如下主要结论:1.溶胶凝胶法制备铁酸钇煅烧温度为650℃时,出现六方相YFeO3,温度升高,六方相与正交相YFeO3同时存在,900℃下为纯正交相YFeO3。正交相YFeO3粉末的晶粒尺寸比六方...
【文章来源】：上海应用技术大学上海市
【文章页数】：53 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
正交相YFeO3晶胞结构示意图
上海应用技术大学硕士学位论文第3页图1.2六方相YFeO3晶胞结构示意图Fig.1.2SchematicofhexagonalperovskiteYFeO31.2.2YFeO3的基本物理性能室温下YFeO3粉末呈现深浅不一的褐色，密度5.69g/cm3，熔点1993K。因YFeO3中上述原子的排布，引起了YFeO3钙钛矿结构的扭曲，这种独特的晶体结构产生了许多有趣的性能。（1）铁磁性钙钛矿结构YFeO3为G型倾斜反铁磁体[12]。它产生磁性的方式有多种形式，包括各向同性的超交换相互作用使磁矩反平行排列；外部磁场中磁矩的相互作用；Dzialoshinski-Moriya（DM）的反对称交换机理；各向异性能。YFeO3通常在室温下呈现两种主要磁性行为。一个是反铁磁性，这是由于YFeO3结构中的FeO6八面体由六个O2-离子围绕一个Fe3+离子而形成，相邻的八面体通过O2-离子连接，于是FeO6八面体之间的相互作用形成了一个Fe-O-Fe键从而产生超交换相互作用。另一个是弱铁磁性，是由于在Dzyaloshinski-Moriya反对称交换机制中，相邻的Fe3+磁矩不是完全反平行，而是以较小的角度倾斜，倾斜的角度约为8.5mrad[13]，从而导致较小的净磁化强
第4页上海应用技术大学硕士学位论文度。文献[14]中报道的纯正交相YFeO3的磁滞回线证明了YFeO3在室温下现示弱铁磁性，在磁转变温度650K下时，弱铁磁性更为明显。文献[15]中报道了交换场为2.6×106Oe，DM反对称场为9.5×104Oe，各向异性场为300Oe一系列数据。并且受正铁氧体YFeO3各向异性场的影响，当测量温度变化时，低场和高场下YFeO3的磁性表现不尽相同。Mathur等[13]报道了不同热处理方式得到的YFeO3粉末，它们的磁行为随温度的变化会根据外加磁场大小的改变而改变，当磁场比各向异性场大时，不同烧结温度得到的YFeO3粉末磁行为根据温度的改变，得到的曲线走向不同；而磁场比各向异性场小时，不同烧结温度得到的YFeO3粉末曲线走向一致。因为两个相邻的自旋Fe3+稍有扭曲并不完全平行，所以施加不同的外磁场时，YFeO3粉末克服各向异性场的能力不同，会展现不同的磁行为。图1.3显示了典型的铁磁材料磁滞回线图。图1.3铁磁材料的磁滞回线图Fig.1.3Hysteresisloopofferritemagnetmaterials（2）铁电性YFeO3在420K温度下存在自发极化，且当施加外磁场时极化强度改变方向，可知YFeO3属于铁电体。当温度增加为420K以上，YFeO3表现为顺电体，铁电性消失，所以YFeO3的铁电相变温度即居里温度为420K[16]。YFeO3的介电性受样品电容和样品厚度半径的影响，一般来说介电常数与样品电容成正比而与样品直径成反比，遵循居里－外斯（Curie-Weiss）定律。文献[17]中给出的损耗曲线图指出介电常数随着温度
【参考文献】：
期刊论文
[1]YFeO3粉体的制备与可见光光催化性能[J]. 李凤华,周爽,岳宏瑞,史晓国. 东北大学学报(自然科学版). 2018(09)
[2]稀土掺杂对钴铁氧体电子结构和磁性能影响的理论研究[J]. 侯育花,黄有林,刘仲武,曾德长. 物理学报. 2015(03)
[3]YFeO3的电子结构和光学性质的第一性原理研究[J]. 宋庆功,刘立伟,赵辉,严慧羽,杜全国. 物理学报. 2012(10)
[4]溶胶-凝胶法的基本原理、发展及应用现状[J]. 王焆,李晨,徐博. 化学工业与工程. 2009(03)
[5]YFeO3/TiO2异质结材料的制备及其光催化性能研究[J]. 吕晓萌,舒火明,刘军,吕平,丁建林,谢吉民. 中国稀土学报. 2009(02)
[6]sol-gel法制备镉掺杂铁酸镧气敏材料[J]. 葛秀涛,李永红,刘杏芹. 电子元件与材料. 2009(01)
[7]新型磁光晶体YFeO3的生长与性能[J]. 武安华,申慧,徐家跃,储耀卿,张爱琼,葛增伟. 磁性材料及器件. 2008(05)
[8]掺镁YFeO3固溶体的电导和气敏性能研究[J]. 葛秀涛,储向锋,刘杏芹. 化学物理学报. 2000(03)
[9]YFeO3复合氧化物半导体材料的制备、掺杂和气敏性能研究[J]. 葛秀涛,高峰,刘杏芹. 中国科学技术大学学报. 2000(01)
[10]溶胶-凝胶法基本原理及其在陶瓷材料中的应用[J]. 曾庆冰,李效东,陆逸. 高分子材料科学与工程. 1998(02)
硕士论文
[1]离子掺杂对铁酸钇结构和磁性能的影响[D]. 宋晖.上海应用技术大学 2018
本文编号：3213530
【文章来源】：上海应用技术大学上海市
【文章页数】：53 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
正交相YFeO3晶胞结构示意图
上海应用技术大学硕士学位论文第3页图1.2六方相YFeO3晶胞结构示意图Fig.1.2SchematicofhexagonalperovskiteYFeO31.2.2YFeO3的基本物理性能室温下YFeO3粉末呈现深浅不一的褐色，密度5.69g/cm3，熔点1993K。因YFeO3中上述原子的排布，引起了YFeO3钙钛矿结构的扭曲，这种独特的晶体结构产生了许多有趣的性能。（1）铁磁性钙钛矿结构YFeO3为G型倾斜反铁磁体[12]。它产生磁性的方式有多种形式，包括各向同性的超交换相互作用使磁矩反平行排列；外部磁场中磁矩的相互作用；Dzialoshinski-Moriya（DM）的反对称交换机理；各向异性能。YFeO3通常在室温下呈现两种主要磁性行为。一个是反铁磁性，这是由于YFeO3结构中的FeO6八面体由六个O2-离子围绕一个Fe3+离子而形成，相邻的八面体通过O2-离子连接，于是FeO6八面体之间的相互作用形成了一个Fe-O-Fe键从而产生超交换相互作用。另一个是弱铁磁性，是由于在Dzyaloshinski-Moriya反对称交换机制中，相邻的Fe3+磁矩不是完全反平行，而是以较小的角度倾斜，倾斜的角度约为8.5mrad[13]，从而导致较小的净磁化强
第4页上海应用技术大学硕士学位论文度。文献[14]中报道的纯正交相YFeO3的磁滞回线证明了YFeO3在室温下现示弱铁磁性，在磁转变温度650K下时，弱铁磁性更为明显。文献[15]中报道了交换场为2.6×106Oe，DM反对称场为9.5×104Oe，各向异性场为300Oe一系列数据。并且受正铁氧体YFeO3各向异性场的影响，当测量温度变化时，低场和高场下YFeO3的磁性表现不尽相同。Mathur等[13]报道了不同热处理方式得到的YFeO3粉末，它们的磁行为随温度的变化会根据外加磁场大小的改变而改变，当磁场比各向异性场大时，不同烧结温度得到的YFeO3粉末磁行为根据温度的改变，得到的曲线走向不同；而磁场比各向异性场小时，不同烧结温度得到的YFeO3粉末曲线走向一致。因为两个相邻的自旋Fe3+稍有扭曲并不完全平行，所以施加不同的外磁场时，YFeO3粉末克服各向异性场的能力不同，会展现不同的磁行为。图1.3显示了典型的铁磁材料磁滞回线图。图1.3铁磁材料的磁滞回线图Fig.1.3Hysteresisloopofferritemagnetmaterials（2）铁电性YFeO3在420K温度下存在自发极化，且当施加外磁场时极化强度改变方向，可知YFeO3属于铁电体。当温度增加为420K以上，YFeO3表现为顺电体，铁电性消失，所以YFeO3的铁电相变温度即居里温度为420K[16]。YFeO3的介电性受样品电容和样品厚度半径的影响，一般来说介电常数与样品电容成正比而与样品直径成反比，遵循居里－外斯（Curie-Weiss）定律。文献[17]中给出的损耗曲线图指出介电常数随着温度
【参考文献】：
期刊论文
[1]YFeO3粉体的制备与可见光光催化性能[J]. 李凤华,周爽,岳宏瑞,史晓国. 东北大学学报(自然科学版). 2018(09)
[2]稀土掺杂对钴铁氧体电子结构和磁性能影响的理论研究[J]. 侯育花,黄有林,刘仲武,曾德长. 物理学报. 2015(03)
[3]YFeO3的电子结构和光学性质的第一性原理研究[J]. 宋庆功,刘立伟,赵辉,严慧羽,杜全国. 物理学报. 2012(10)
[4]溶胶-凝胶法的基本原理、发展及应用现状[J]. 王焆,李晨,徐博. 化学工业与工程. 2009(03)
[5]YFeO3/TiO2异质结材料的制备及其光催化性能研究[J]. 吕晓萌,舒火明,刘军,吕平,丁建林,谢吉民. 中国稀土学报. 2009(02)
[6]sol-gel法制备镉掺杂铁酸镧气敏材料[J]. 葛秀涛,李永红,刘杏芹. 电子元件与材料. 2009(01)
[7]新型磁光晶体YFeO3的生长与性能[J]. 武安华,申慧,徐家跃,储耀卿,张爱琼,葛增伟. 磁性材料及器件. 2008(05)
[8]掺镁YFeO3固溶体的电导和气敏性能研究[J]. 葛秀涛,储向锋,刘杏芹. 化学物理学报. 2000(03)
[9]YFeO3复合氧化物半导体材料的制备、掺杂和气敏性能研究[J]. 葛秀涛,高峰,刘杏芹. 中国科学技术大学学报. 2000(01)
[10]溶胶-凝胶法基本原理及其在陶瓷材料中的应用[J]. 曾庆冰,李效东,陆逸. 高分子材料科学与工程. 1998(02)
硕士论文
[1]离子掺杂对铁酸钇结构和磁性能的影响[D]. 宋晖.上海应用技术大学 2018
本文编号：3213530
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