多铁性铁酸铋材料及性能研究

论文摘要

多铁性材料是一种因为结构参数有序而导致铁电性（反铁电性）、铁磁性（反铁磁性）、铁弹性同时存在的多功能材料。铁酸铋（BiFeO3）作为一种典型的单相多铁性材料，其功能特性的耦合赋予了它特殊的使用性能，可望广泛应用于滤波器、传感器与执行器、存储器及非线性光学器件，成为当前的研究热点。本论文以BiFeO3（BFO）为主要研究对象，采用低温自蔓延燃烧“软化学”工艺制备结构稳定的BiFeO3纳米多晶粉体。在深入分析BiFeO3纳米粉体和陶瓷的改性机理的基础上，同时采用电化学阴极沉积法制备含BiFeO3相的薄膜，对材料和工艺问题作了创新性和探索性研究。我们试图探讨新的制备方法，制备出纯净单相的BiFeO3，使深入研究BiFeO3中的磁电相关性成为可能。主要有以下方面的内容：1．详细研究了用低温自蔓延燃烧工艺获得BiFeO3纳米粉体，对制备过程中的各主要影响因素进行了研究，系统的介电性能的影响及其改性机理。利用低温自蔓延燃烧“软化学”工艺制备结构稳定的BiFeO3纳米多晶粉体。研究了不同的制备工艺条件下纳米粉体的性能，利用X射线衍射（XRD），扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）对粉体结构、性能进行了分析使纳米粉体制备工艺得到一定改善。2．研究了低温燃烧法结合快速烧结制备多铁性BiFeO3陶瓷。利用RTA快速退火技术对BiFeO3进行Ba掺杂改性，得到了最佳磁滞回线、电滞回线和最佳掺杂比．对于Bi1-xBaxFeO3体系，当x=0．1、0．2时，属于菱形钙钛矿结构。钡引起Fe3+-O-Fe3+和Fe4+-O-Fe3+的键角改变，使这个体系具有铁磁性。3．采用电化学阴极沉积法，在硝酸盐水溶液中，制备了ITO基片上生长含铁酸铋相的薄膜。探讨了薄膜生长机理，研究了不同工艺条件对薄膜成分、物相的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 多铁性材料的铁性及典型应用
• 1.2 多铁性材料研究趋势
• 3'>1.3 单相多铁性材料BiFeO₃
• 3的铁性特征'>1.4 BiFeO₃的铁性特征
• 3研究现状'>1.5 BiFeO₃研究现状
• 1.6 本论文的选题和研究内容
• 3纳米粉体的研究'>第二章 低温燃烧合成BiFeO₃纳米粉体的研究
• 2.1 引言
• 2.2 低温燃烧合成法
• 2.2.1 低温燃烧合成法的概念
• 2.2.2 低温燃烧合成的基本原理
• 2.2.3 低温燃烧合成法的分类和优点
• 2.2.4 低温燃烧合成法的影响因素
• 2.3 低温燃烧合成试验
• 2.3.1 试验药品及常用设备
• 2.3.2 试验过程
• 2.3.3 主要表征技术
• 2.4 试验结果和讨论
• 2.4.1 经典固相反应的启示
• 2.4.2 低温燃烧合成试验分析
• 3物化性能分析'>2.4.3 BiFeO₃物化性能分析
• 2.5 小结
• 3陶瓷Ba离子掺杂取代研究'>第三章 BiFeO₃陶瓷Ba离子掺杂取代研究
• 3.1 引言
• 3.2 掺杂的分类及其微观机制
• 3.3 实验方法
• 3.4 结果和讨论
• 3.5 小结
• 3薄膜的研究'>第四章 电化学法沉积BiFeO₃薄膜的研究
• 4.1 引言
• 4.1.1 电化学沉积原理介绍
• 4.1.2 电化学阴极还原极沉积法
• 4.1.3 主要实验试剂与设备
• 4.1.4 电化学沉积系统
• 4.2 实验步骤
• 4.2.1 清洗基片
• 4.2.2 薄膜制备的工艺流程
• 3薄膜生长机理分析'>4.2.3 BiFeO₃薄膜生长机理分析
• 4.2.4 循环伏安（CV）分析
• 4.3 结果和讨论
• 3薄膜的影响'>4.3.1 沉积工艺条件对BiFeO₃薄膜的影响
• 4.3.1.1 电解液浓度对薄膜沉积的影响
• 4.3.1.2 沉积电位对薄膜沉积的影响
• 4.3.1.3 电解液酸度对薄膜沉积的影响
• 4.3.1.4 沉积方式对薄膜沉积的影响
• 4.3.1.5 其他因素的影响
• 3薄膜物相结构的研究'>4.4 BiFeO₃薄膜物相结构的研究
• 3薄膜表面形貌的研究'>4.4.1 BiFeO₃薄膜表面形貌的研究
• 3薄膜微区成分分析'>4.4.2 BiFeO₃薄膜微区成分分析
• 4.5 小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 主要实验结果
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果