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镧掺杂以及镧钴掺杂的锶铁氧体磁性能、光学性能以及磁光克尔效应研究

2020-12-11阅读(864)

镧掺杂以及镧钴掺杂的锶铁氧体磁性能、光学性能以及磁光克尔效应研究

论文摘要

六角结构的硬磁锶铁氧体由于其原料价格便宜、耐氧化性能优异、矫顽力与磁能积较高、单轴磁晶各向异性等一系列优点,在高密度磁记录介质、直流电机、高频电磁器件、微波等领域得到了广泛的应用。为了满足需要,大量研究工作致力于采用诸如掺杂（添加剂）、热压、离子取代等手段来进一步改善锶铁氧体的综合性能。采用离子取代时,必须满足价态平衡和离子半径相近取代的原则,因此可通过La3+取代Sr2+或者La3+-Co2+联合取代Sr2+-Fe3+,文献也报道这种离子取代可以显著提高锶铁氧体的性能[8-11],但已报道的研究工作主要关注锶铁氧体的磁性能（矫顽力、磁能积）、微波吸收性能等,对其光学性能及磁光克尔效应的研究很少涉及。自1845年首次发现磁致旋光效应至今,磁光效应并未获得广泛的应用。近年来,随着对磁光效应的深入研究,磁光克尔效应在诸如信息存储和传感器件上的应用[12-14]逐渐成为研究者的关注热点之一。本研究采用固相反应法分别制备了La3+取代Sr2、La3+-Co2+取代Sr2+-Fe3+的锶铁氧体Sr1-xFe12O19（x=0,0.05,0.10,0.15,0.20）、Sr0.85-xLaxCa0.15Fe10.6Co0.4O19（x=0.45,0.50,0.55,0.60,0.65）.制备的工艺流程为：原料按比例配料→混合球磨→预烧→二次球磨→压制成薄片→烧结。本研究采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对样品的结构进行表征,采用振动样品磁强计、椭圆偏振仪等仪器对样品的磁性能、光学性能及横向克尔效应进行表征。本系列实验系统地研究了La3+取代Sr2+、La3+-Co2+取代Sr2+-Fe3+对锶铁氧体的结构、磁性能、光学性能特别是对磁光克尔效应的影响。主要获得的结论如下：1、在一定范围内提高烧结温度、适当延长保温时间可有效消除材料的杂相。由于本实验需要制得的锶铁氧体矫顽力较小,为了能够更好地测试出磁光克尔效应,通过多次实验找出了最佳烧结温度,可有效地降低矫顽力,使矫顽力处于合适的检测范围内（测试范围为-240kA.m-1至240kA.m-1）2、锶铁氧体的晶格常数a和c会由于掺杂的原因发生不同的变化,晶格常数c会随着La的掺杂量的增大而单调减小,但晶格常数a变化不大。无论是掺镧还是镧钴混合掺杂,均可让锶铁氧体的比饱和磁化强度σs和矫顽力Hc发生变化。在本研究的不同组实验中发现了同样的变化趋势,即随着镧掺杂量的增加,材料的矫顽力和饱和磁化强度均呈上升趋势。但在未掺杂的情况下,矫顽力较大。3、掺镧和镧钴联合取代的锶铁氧体中均发现有明显的磁光克尔效应。M型锶铁氧体由于具有很强的单轴磁晶各向异性,其磁晶各向异性能大,因此未掺杂的M型锶铁氧体几乎没有发现磁光克尔效应。而在本研究中,掺杂锶铁氧体,其磁光克尔效应均有不同程度的增强,掺杂的锶铁氧体较之SrFe12O19有0.4%-1%增加。由于离子取代影响了次晶位超交换作用,镧掺杂锶铁氧体样品Sr0.80La0.20Fe12O19在3eV附近的磁光克尔效应得到了明显增强。镧钴联合取代的锶铁氧体样品Sr0.85-xLaxCa0.15Fe10.6Co0.4O19,磁光克尔谱较明显。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 目录
  • 引言
  • 第一章 绪论
  • 1.1 磁光效应基础知识
  • 1.1.1 磁光效应分类
  • 1.1.2 磁光效应的应用与发展前景
  • 1.2 横向磁光克尔效应
  • 1.3 本课题研究的主要内容和意义
  • 第二章 M型六角铁氧体的基本理论
  • 2.1 铁氧体磁性材料简介
  • 2.1.1 磁性材料及铁氧体磁性材料简介
  • 2.1.2 铁氧体的磁性
  • 2.1.3 铁氧体磁性材料的应用与发展前景
  • 2.2 铁氧体的晶格结构
  • 2.2.1 尖晶石型铁氧体的晶体结构
  • 2.2.2 磁铅石型铁氧体的晶体结构
  • 2.2.3 石榴石型铁氧体的晶体结构
  • 2.3 M型六角铁氧体的磁性特征
  • 2.4 M型六角铁氧体的单轴磁晶各向异性
  • 2.5 M型六角铁氧体的超交换作用
  • 2.6 M型六角锶铁氧体结构中的离子取代
  • 第三章 样品制备方法及实验表征方法
  • 3.1 M型锶铁氧体材料的制备方法
  • 3.1.1 溶胶-凝胶法
  • 3.1.2 水热法
  • 3.1.3 陶瓷法
  • 3.1.4 自蔓延高温合成法
  • 3.1.5 其他制备方法简介
  • 3.2 实验表征方法
  • 3.2.1 结构形貌分析方法
  • 3.2.2 磁特性测量方法
  • 3.2.3 磁光克尔效应测试方法
  • 第四章 镧掺杂以及镧钴掺杂锶铁氧体研究
  • 4.1 实验过程
  • 4.2 表征仪器
  • 4.3 镧掺杂锶铁氧体研究
  • 4.4 镧钴掺杂锶铁氧体研究
  • 4.5 本章小结
  • 第五章 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读硕士学位期间发表的论文

    • 相关论文文献

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