铁酸铋材料的制备与性能研究

论文摘要

铁酸铋（BiFeO3）是一种典型的多铁性材料,可应用于自旋电子和信息存储等方面。本论文首先用共沉淀法合成了BiFeO3（BFO）粉体,利用X射线衍射（XRD）分析确定了纯相粉体的合成工艺参数；考察了BFO粉体的光催化性能和BFO陶瓷的电磁性能；采用sol-gel方法制备了BFO薄膜,测量了薄膜的磁性能。课题主要研究结果如下：1.采用共沉淀法,在原料Bi元素过量4-5%、pH>12、以及500℃煅烧处理后,获得粒径为30-90nm的斜菱方钙钛矿结构BFO粉体。根据紫外-可见分光光度计测试结果计算得到BFO粉体的禁带宽度为2.05eV,表明该粉体有较宽的响应光波长范围。当紫外光照射3h后,0.3g BFO粉体可使100mL浓度为4.8 mg/L的RhB溶液发生光催化分解,分解率达到96.4%。2.采用干压成型后经过850℃烧结得到了BFO陶瓷,晶粒尺寸约为1～4μm。当温度低于100℃时,频率为1KHz、10KHz、100KHz时,对应的介电常数（ε）分别为240、220、210,当大于100℃时,随着温度升高ε增大很快,不同频率对应的ε也相差很大。螺旋磁结构使BFO陶瓷没有显示出铁磁性,磁滞回线结果表明其具有反铁磁性能。3.采用sol-gel和旋涂方式在玻璃基片上制备了纯相BFO薄膜材料,当前驱体溶液浓度为0.3M, Bi3+:Fe3+=0.05:1,旋涂6层并在500℃煅烧可得到500nm厚的斜菱方相BFO薄膜,薄膜表面光滑无裂纹,晶粒尺寸约为100nm,实验结果表明薄膜在室温下具有弱铁磁性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 铁酸铋简介
• 1.1.1 铁酸铋晶体结构
• 1.1.2 铁电性
• 1.1.3 铁磁性
• 1.1.4 光催化特性
• 1.1.5 介电特性
• 1.1.6 铁酸铋材料的可能应用
• 1.2 铁酸铋粉体的合成方法
• 1.2.1 水热合成法
• 1.2.2 溶胶-凝胶法（Sol-Gel）
• 1.2.3 共沉淀法
• 1.3 铁酸铋薄膜的制备
• 1.3.1 化学液相法（LPD）
• 1.3.2 溶胶-凝胶法（Sol-Gel）
• 1.4 课题意义及研究内容
• 1.4.1 课题意义
• 1.4.2 研究内容
• 第二章 BFO粉体的共沉淀法制备及光催化性能研究
• 2.1 共沉淀法制备BFO粉体
• 2.1.1 实验原料及主要仪器
• 2.1.2 实验装置及工艺流程
• 2.1.3 粉体表征
• 2.1.4 工艺条件对BFO粉体物相的影响
• 2.2 BFO粉体的光催化性能研究
• 2.2.1 引言
• 2.2.2 光催化反应前期准备
• 2.2.3 光催化反应
• 2.7 本章小结
• 第三章 BFO陶瓷的制备与性能表征
• 3.1 陶瓷的制备
• 3.2 烧结温度对陶瓷致密度的影响
• 3.3 陶瓷的介电性能
• 3.3.1 BFO陶瓷的介电频谱
• 3.3.2 BFO陶瓷的介电温谱
• 3.4 BFO陶瓷的磁性能
• 3.5 本章小结
• 第四章 BFO薄膜的制备与磁性能研究
• 4.1 BFO薄膜的制备
• 4.1.1 基片的清洗
• 4.1.2 前驱体溶液的配制
• 4.1.3 旋涂薄膜
• 4.2 BFO薄膜的结构和性能表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 陈化方式
• 3+:Fe³⁺比例'>4.3.2 Bi³⁺:Fe³⁺比例
• 4.3.3 煅烧温度
• 4.3.4 前驱体溶液的浓度
• 4.3.5 BFO薄膜的磁性能
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介