多铁性材料BiFeO3的制备与性能表征

论文摘要

多铁性材料,由于同时具有铁电性和铁磁性使其在信息存储、自旋电子器件等方面有着潜在的应用。作为一种典型的单相多铁性材料,BiFeO3是少数在室温下同时具有铁电性和磁性的材料之一（奈尔温度为673K,铁电居里温度为1103K）,是最具有可能在室温下实现磁电耦合效应应用的主要候选材料而受到广泛关注。但是,目前在BiFeO3的研究中,仍然存在几个难点需要克服,这主要包括其较大的漏电流和具有空间周期调制的螺旋磁结构导致其宏观磁性的消失。本文主要研究了BiFeO3的磁性,通过离子掺杂抑制螺旋磁结构而使其磁性增强,同时研究了BiFeO3纳米尺度的奇特磁性。本论文采用改性溶胶凝胶技术,分别制备出单相BiFeO3、Bi1-xCaxFeO3和Bi1-xLaxFeO3,并采用综合热分析仪（TG）、X-射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、振动样品磁强计（VSM）、阻抗分析仪等分析测试手段研究了样品的结构、形貌、宏观和微观磁性等。主要研究内容和结果如下:1.以聚乙烯醇（PVA）为分散剂,采取快速烧结工艺用溶胶-凝胶法制备出了单相BiFeO3陶瓷,与传统的固相烧结方法相比,溶胶-凝胶法为BiFeO3制备提供了一种简单易行的途径。经VSM测试得出所制备的BiFeO3室温下并未表现出弱铁磁磁性,和文献报道一致。2.以乙二胺四乙酸（EDTA）为络合剂制备出了多晶BiFeO3纳米颗粒。通过SEM形貌分析观测到分散均匀的近似方形颗粒,尺寸在110nm-160nm之间;通过对不同晶粒尺寸的磁滞回线分析,与M-H为线性关系的块体BiFeO3相比,随着颗粒尺寸的减小BiFeO3的磁性增强,这是由于颗粒尺寸的减小导致螺旋磁结构周期（62 nm）被破坏,因而BiFeO3纳米颗粒在室温下能够表现出磁性。3.制备了Bi1-xCaxFeO3和Bi1-xLaxFeO3样品,研究了Ca和La掺杂对BiFeO3结构和性质的影响,发现Ca掺杂量为10%时,样品的结构由菱形钙钛矿结构转变为三斜结构,Ca和La对Bi位的取代有效阻止了杂相析出,通过掺杂抑制了BiFeO3的螺旋磁结构周期,增强了磁性,同时改善了BiFeO3的介电性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• §1.1 引言
• §1.2 磁电耦合与磁电效应
• 3'>§1.3 多铁性材料BiFeO₃
• 3的研究进展'>§1.3.1 BiFeO₃的研究进展
• 3的结构'>§1.3.2 BiFeO₃的结构
• 3的磁性'>§1.3.3 BiFeO₃的磁性
• 3陶瓷与薄膜的制备工艺'>§1.3.4 BiFeO₃陶瓷与薄膜的制备工艺
• 3的掺杂改性'>§1.3.5 BiFeO₃的掺杂改性
• §1.4 选题依据和研究思想
• 参考文献
• 3'>第二章 溶胶凝胶法制备BiFeO₃
• §2.1 引言
• §2.1.1 溶胶凝胶工艺的发展历史
• §2.1.2 溶胶-凝胶法的基本原理及特点
• §2.2 样品制备和实验方法
• §2.3 实验结果与讨论
• §2.3.1 凝胶的热重分析
• 3的结构测试分析'>§2.3.2 BiFeO₃的结构测试分析
• 3的磁性测试分析'>§2.3.3 BiFeO₃的磁性测试分析
• §2.4 本章小结
• 参考文献
• 3'>第三章 乙二胺四乙酸络合法制备BiFeO₃
• §3.1 引言
• §3.2 络合反应原理
• §3.2.1 络合作用
• §3.2.2 乙二胺四乙酸及其络合物稳定性
• §3.2.3 反应机理的研究
• §3.3 样品制备和实验方法
• §3.4 实验结果与讨论
• 3颗粒的结构测试分析'>§3.4.1 BiFeO₃颗粒的结构测试分析
• 3颗粒的形貌分析'>§3.4.2 BiFeO₃颗粒的形貌分析
• 3颗粒的磁性测试分析'>§3.4.3 BiFeO₃颗粒的磁性测试分析
• §3.5 本章小结
• 参考文献
• 3的影响'>第四章 Ca、La掺杂对BiFeO₃的影响
• §4.1 引言
• §4.2 样品制备和实验方法
• §4.3 实验结果与讨论
• 1-xCa_xFeO₃和Bi_1-xLa_xFeO₃的结构测试分析'>§4.3.1 4.3.1 Bi_1-xCa_xFeO₃和Bi_1-xLa_xFeO₃的结构测试分析
• 1-xCa_xFeO₃和Bi_1-xLa_xFeO₃的磁性测试分析'>§4.3.2 Bi_1-xCa_xFeO₃和Bi_1-xLa_xFeO₃的磁性测试分析
• §4.3.3 介电性质测试分析
• §4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 总结与展望
• §5.1 实验总结
• §5.2 展望
• 致谢