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多铁性材料BiFeO3溶胶—凝胶制备及磁性研究

2020-11-23阅读(462)

多铁性材料BiFeO3溶胶—凝胶制备及磁性研究

论文摘要

作为一种典型的单相多铁性材料，铋铁氧体（BiFeO3）具有钙钛矿结构，是少数在室温下同时具有铁电性和磁性的材料之一，室温下呈反铁磁有序（尼尔温度为673 K）和铁电有序（铁电居里温度为1103 K）。BiFeO3剩余极化值Pr可达到90μC／cm2，接近强铁电材料锆钛酸铅(PbZrxTi1-xO3)的性能，成为无铅铁电材料的重要候选材料之一。因而，BiFeO3在新型存储器件，自旋电子器件方面都有着广泛的应用前景并受到了广泛的关注。目前，尽管通过解决BiFeO3薄膜的漏导获得了大的剩余极化，其室温下弱的磁性却没有得到大的改善，离应用还有差距。因此如何增强BiFeO3的磁性是目前需要解决的最主要的问题。另一方面，BiFeO3中Fe容易出现变价，导致漏导增加，也影响其本身的磁性质。因此如何获得具有纯相BiFeO3也很重要。此外，人们在具有长波长反铁磁（AF）有序的稀土锰氧化物GdMnO3中也发现了磁性有序与铁电有序共存，它是另外一种新型的磁电耦合材料。考虑到这两种体系在未来的微型器件领域的应用，如何合成低维纳米尺度的样品及与之关联的物性研究显得非常迫切。 本文的主要研究内容和结果摘要如下： 1．采用溶胶—凝胶法制备了Bi0.9-xGdxLa0.1FeO3（x=0.3，0.5，0.6和0.7）样品，研究了这一体系的晶体结构，红外、磁化强度和超声等性质。实验结果发现，在磁化曲线M—T上出现了负磁矩现象，并且在温度补偿点附近矫顽力达到了最大值。我们对这一现象进行了深入的研究。研究表明体系存在两种磁晶格：Fe3+离子磁晶格与Gd3+离子磁晶格，这两种磁晶格之间通过反铁磁耦合；因为两种磁晶格的净磁矩MFe和MGd大小不相等，而方向相反，形成了亚铁磁性。 2．把模板法的优点和简单的溶胶—凝胶工艺结合起来，在纳米氧化铝模板孔洞中成功地制备了大面积、高填充率、致密的BiFeO3的有序纳米管阵列。这一结果被场发射电子扫描电子显微镜（FE-SEM），透射电子显微镜（TEM）以及选区电子衍射（SAED）所证实。同时对其磁特性进行研究，结果表明，BiFeO3纳米管体系中存在超顺磁性和铁磁性，这在以前的实验里都没有报道过。磁场平行纳米管阵列

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 多铁性材料的研究进展
  • §1.1 引言
  • §1.2 磁电耦合与磁电效应
  • 3及研究进展'>§1.3 多铁性材料BiFeO3及研究进展
  • 3的结构'>§1.3.1 BiFeO3的结构
  • 3的磁性'>§1.3.2 BiFeO3的磁性
  • 3及其固熔体系的磁电效应'>§1.3.3 BiFeO3及其固熔体系的磁电效应
  • 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陶瓷的制备'>§1.3.4.1 BiFeO3陶瓷的制备
  • 3薄膜的制备'>§1.3.4.2 BiFeO3薄膜的制备
  • §1.3.5 掺杂改性
  • §1.3.5.1 稀土掺杂改性
  • 3型钙钛矿铁电材料的固熔体系'>§1.3.5.2 与ABO3型钙钛矿铁电材料的固熔体系
  • 3纳米材料'>§1.3.6 BiFeO3纳米材料
  • §1.3.6.1 纳米材料的磁特性
  • 3纳米结构材料的制备'>§1.3.6.2 BiFeO3纳米结构材料的制备
  • 3（R=Tb,Gd,Dy）的研究进展'>§1.4 多铁性材料RMnO3（R=Tb,Gd,Dy）的研究进展
  • 3（R=Tb,Gd,Dy）的结构与磁电耦合效应'>§1.4.1 RMnO3（R=Tb,Gd,Dy）的结构与磁电耦合效应
  • §1.5 研究目的与意义
  • 【参考文献】
  • 0.9-xGdxLa0.1FeO3及其磁性研究'>第二章 溶胶-凝胶法制备Bi0.9-xGdxLa0.1FeO3及其磁性研究
  • §2.1 引言
  • §2.2 样品的制备和实验方法
  • §2.2.1 样品制备
  • §2.2.2 晶体结构的测量
  • §2.2.3 磁化强度和超声测量
  • §2.3 实验结果与讨论
  • 0.9-xGdxLa0.1FeO3的晶体结构'>§2.3.1 Bi0.9-xGdxLa0.1FeO3的晶体结构
  • 0.9-xGdxLa0.1FeO3的红外和光电子能谱分析'>§2.3.2 Bi0.9-xGdxLa0.1FeO3的红外和光电子能谱分析
  • 0.9-xGdxLa0.1FeO3的磁性质'>§2.3.3 Bi0.9-xGdxLa0.1FeO3的磁性质
  • 0.9-xGdxLa0.1FeO3的超声性质'>§2.3.4 Bi0.9-xGdxLa0.1FeO3的超声性质
  • §2.4 本章小结
  • 【参考文献】
  • 3纳米管阵列的合成与磁性研究'>第三章 多铁性材料BiFeO3纳米管阵列的合成与磁性研究
  • §3.1 引言
  • §3.2 样品制备和实验方法
  • §3.2.1 多孔氧化铝模板的制备
  • 3纳米管阵列的制备'>§3.2.2 BiFeO3纳米管阵列的制备
  • §3.2.3 物相分析与形貌表征
  • §3.3 实验结果与讨论
  • §3.3.1 氧化铝模板结构与形貌表征
  • 3纳米管的结构'>§3.3.2 BiFeO3纳米管的结构
  • 3纳米管的形貌'>§3.3.3 BiFeO3纳米管的形貌
  • 3纳米管的磁性质研究'>§3.3.4 BiFeO3纳米管的磁性质研究
  • 3纳米管的磁各向异性'>§3.3.5 BiFeO3纳米管的磁各向异性
  • §3.4 本章小结
  • 【参考文献】
  • 3纳米管阵列'>第四章 溶胶—凝胶模板法制备多铁性材料GdMnO3纳米管阵列
  • §4.1 引言
  • §4.2 样品制备和实验方法
  • 3粉体的溶胶-凝胶制备'>§4.2.1 GdMnO3粉体的溶胶-凝胶制备
  • 3纳米管阵列的制备'>§4.2.2 GdMnO3纳米管阵列的制备
  • §4.2.3 物相分析与形貌表征
  • §4.3 实验结果与讨论
  • 3粉体的物相分析'>§4.3.1 GdMnO3粉体的物相分析
  • 3纳米管形貌的影响'>§4.3.2 制备工艺对GdMnO3纳米管形貌的影响
  • 3纳米管形貌的影响'>§4.3.2.1 灌注次数对GdMnO3纳米管形貌的影响
  • 3纳米管形貌的影响'>§4.3.2.2 热处理温度对GdMnO3纳米管形貌的影响
  • 3纳米管形貌的影响'>§4.3.2.3 溶胶粘度对GdMnO3纳米管形貌的影响
  • §4.4 本章小结
  • 【参考文献】
  • 攻读博士学位期间发表的论文目录

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