稀土掺杂铁酸铋纳米晶制备和多铁性能研究.docx

稀土掺杂铁酸铋纳米晶制备和多铁性能研究 稀土掺杂铁酸铋纳米晶制备和多铁性能研究 稀土掺杂铁酸铋纳米晶制备和多铁性能研究 . 稀土混杂的铁酸铋纳米晶的制备和多铁性能的研究 【纲要】：多铁资料是指同一个相中包括两种或两种以上初级铁性体 (铁电体、铁磁体和铁弹体 )基天性能的资料。因为多铁性资料同时具 有两种或两种以上的铁性有序 ,使得多铁性资料拥有两种或多种有序 构造的耦合 ,产生出单调的铁性资料所没有的性质。鉴于多铁性资料 独有的性质 ,能够设计出用迅速电极化引诱迅速磁极化反转的电写磁 读的记忆资料 ,电场 (磁场 )控制的磁 (铁电 )数据储存 , 高电容和大电感 一体化的电子元器件、 四态记忆元、 自旋电子器件等多功能电子信息器件。 BiFeO3 是一种典型的单相多铁资料 ,拥有菱方 (三角 )歪曲的钙钛矿构造 ,属于 R3C 点群 ,室温下同时拥有两种构造有序 ,即铁电有序 (Tc=1103K) 和 G 型反铁磁有序 (TN=643K), 是少量在室温下同时拥有铁电性和反铁磁性的多铁磁电资料之一。固然 BiFeO3 所属的 R3C 点群同意弱铁磁性存在 ,但因为其拥有螺旋型自旋构造 ,长程磁有序的周期为 62nm, 这使 BiFeO3 几乎不表现出宏观磁性；另一方面 ,因为制备过程中 Bi 的挥发和 Fe 价态的颠簸 ,以及 Bi2O3-Fe2O3 系统特别的动力学与热力学行为 ,致使制备钙钛矿构造 BiFeO3 高阻纯相样品 的烧结窗口特别狭小 ,这些要素使得 BiFeO3 纯相难以制备并存在高 的漏电流 ,阻挡了这类单相多铁资料的潜伏的应用。 A、B 位混杂在钙 钛矿的氧化物中是一种十分有效的改良其物理性质的方法。 近来研究 发现无衬底依靠的 BiFeO3 纳米晶的磁性能跟着晶粒尺寸的减小而增 大,TN 温度跟着晶粒尺寸的减小而减小。 并且 ,采纳 PbTiO3 的经验公 式外推 BiFeO3 纳米晶的铁电临界尺寸是9±1nm 。本论文环绕 .. . BiFeO3 的磁性能和介电性能 ,经过优化制备条件 ,并联合 A、B 位混杂离子的阳离子效应和纳米晶的小尺寸效应 ,旨在改良 BiFeO3 的多铁性能。以下几方面是本论文的研究内容和主要结论。 1. 采纳三种不一样溶胶凝胶工艺制备 Bi0.8La0.2FeO3 纳米晶 ,研究制备工艺和增添剂 对 Bi0.8La0.2FeO3 纳米晶晶体构造、晶粒尺寸、磁性能和介电性能 的影响。经研究发现不一样溶胶工艺不改变样品的晶体构造 ,但对样品的晶粒尺寸影响很大：采纳乙二醇基溶胶凝胶法制备的 Bi0.8La0.2FeO3 纳米晶为 39nm ；相同的制备工艺 ,增添甘氨酸的晶粒尺寸为 28nm ；溶胶蒸发干燥温度为 250 ℃,增添 PVA 所得样品的晶粒尺寸为 55nm ；溶胶凝胶自焚烧法制备的样品经过调理甘氨酸与硝酸盐的比率能够获得晶粒尺寸 28nm 的纳米晶。关于溶胶溶剂相同 的 Bi0.8La0.2FeO3 纳米晶的磁性能和介电性能主要受晶粒尺寸的影响。而关于溶胶溶剂不一样的两个 Bi0.8La0.2FeO3 纳米晶样品 ,即便晶 粒尺寸相同 ,样品的磁性能和介电性能也不一样。 2.采纳鉴于乙二醇的溶 胶 凝 胶 法 制 备 了 稀 土 镝 离 子 (Dy3+) 掺 杂 的 铁 酸 铋 纳 米 晶 Bi1-xDyxFeO3(x=0,0.10,0.20) 。XRD 结果剖析显示跟着镝混杂量的 增添 ,铁酸铋纳米晶的晶体构造从菱方歪曲的钙钛矿构造转变成正交 构造。这一结果获得穆斯堡尔谱测试结果的证明。跟着 Dy 混杂量的 增添 ,纳米晶的晶粒尺寸减小。 Dy 混杂后的 BiFeO3 纳米晶在 1T 外 磁场下磁化强度显然高于相应的块体资料。依据数据拟合剖析 , 纳米 晶的磁化模型能够用公式： M(H)=MFM(H) ＋χAFH 来描绘。 Dy3+ 离 子的混杂改良了介电常数 , 减少了漏电导。在磁场 H=100Oe, 频次 .. . f=75MHz 时,纯铁酸铋纳米晶的磁介电系数为 4.7%, 镝混杂量 χ为 0.20 的纳米晶则为 -6.3% 。3.采纳鉴于乙二醇的溶胶凝胶法制备了 Dy3+ 离子、 La3+ 离子混杂以及 Dy3+ 、 La3+ 离子共混杂的纳米晶 Bi0.8Dy0.2-xLaxFeO3(x=0,0.10,0.20), 研究 A 位混杂的稀土离子的性质对铁酸铋构造、 磁性质、介电性质以及有效磁化率的影响。 XRD 结果剖析显示 Bi0.8DY0.2-xLaxFeO3 纳米晶的晶体构造均为正交结 构,跟着 A 位均匀离子半径 rA 的减小 ,晶格畸变程度变大。 在 1T 外磁场下磁化强度跟着 A 位离子磁矩的增添而增添。剖析发现纳米晶表 面未赔