掺杂BiFeO3陶瓷的制备和性能研究

论文摘要

铁电磁体是在一定温度下同时具有铁电序和铁磁(反铁磁)序的多铁性材料,铁电序和铁磁序的耦合使这类材料在信息存储、自旋电子学、非线性磁光效应以及传感器和驱动器领域具有很大的应用前景。BiFeO3是为数不多的在室温以上同时具有铁电和反铁磁序的单相铁电磁材料,但是BiFeO3有漏电流大、磁化强度低和磁电耦合效应小的缺点。本文通过湿化学法以酒石酸作螯合剂,制备了La, Nd, Mn掺杂的BiFeO3陶瓷,分别采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜观察了陶瓷的物相纯度和显微结构,并对陶瓷的铁电和介电性能作了研究。实验发现,在500℃已经能够得到纯BiFeO3相的粉末,但是仍有残余的碳。在700℃煅烧后,残余的碳已经全部去除。掺杂更容易得到纯的BFO相,未掺杂的BiFeO3陶瓷,在800℃到950℃的烧结范围内均有杂相,而掺杂BiFeO3陶瓷中,随着掺杂量的增加,使杂相消失的烧结温度降低,并且组织更致密,晶粒尺寸减小,晶格常数变小;La, Nd掺杂BiFeO3陶瓷的晶粒在950℃迅速长大,在相同掺杂量及烧结温度下,Nd掺杂陶瓷的晶粒尺寸小于La掺杂陶瓷。随着烧结时间增加,陶瓷物相纯度不发生显著变化,晶粒尺寸变大,组织更致密。并且Mn掺杂BiFeO3陶瓷在900℃烧结10h后,其晶粒形状突变成四方体。经电学性能测试,三种陶瓷的介电损耗与相应的其他文献报道的数据相比,均较小。掺杂在一定程度上抑制了漏电流,降低了介电损耗。但室温下仍无法获得饱和电滞回线,还需要改进工艺进一步降低漏电流。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 铁电磁材料
• 1.1.1 铁电材料
• 1.1.2 铁磁材料
• 1.1.3 铁电磁材料
• 1.2 铁电磁材料的发展和研究现状
• 3'>1.3 BIFEO₃
• 3概述'>1.3.1 BiFeO₃概述
• 3的研究现状'>1.3.2 BiFeO₃的研究现状
• 1.4 本论文研究工作目的及内容
• 1.5 参考文献
• 第二章 实验方法及原理
• 2.1 湿化学法制备前驱体的原理
• 2.2 样品制备
• 2.2.1 前驱体配制
• 2.2.2 粉末前驱体预处理
• 2.2.3 粉末压片
• 2.2.4 陶瓷烧结
• 2.3 陶瓷性能表征
• 2.3.1 陶瓷物相分析
• 2.3.2 陶瓷形貌观察
• 2.3.3 BFO 陶瓷的介电性能测试
• 2.3.4 BFO 陶瓷电滞回线测试
• 2.4 参考文献
• 3粉末制备工艺与研究'>第三章 BIFEO₃粉末制备工艺与研究
• 3.1 前驱体和预处理后粉末的红外分析
• 3.2 不同预处理粉末的物相分析
• 3.3 不同预处理烧结的陶瓷形貌观察
• 3.4 参考文献
• 1-XLA_XFEO₃陶瓷制备和性能研究'>第四章 BI_1-XLA_XFEO₃陶瓷制备和性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 掺杂量对陶瓷物相和显微结构的影响
• 4.3 烧结温度对陶瓷物相和显微结构的影响
• 4.4 烧结时间对陶瓷物相和显微结构的影响
• 4.5 电学性能测试
• 4.6 本章小结
• 4.7 参考文献
• 1-XXND_XFEO₃陶瓷的制备和性能研究'>第五章 BI_1-XXND_XFEO₃陶瓷的制备和性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 掺杂量对陶瓷物相和显微结构的影响
• 5.3 烧结温度对陶瓷物相和显微结构的影响
• 5.4 烧结时间对陶瓷物相和显微结构的影响
• 5.5 电学性能测试
• 5.6 本章小结
• 5.7 参考文献
• 0.9MN_0.1O₃陶瓷的制备和性能研究'>第六章 BIFE_0.9MN_0.1O₃陶瓷的制备和性能研究
• 6.1 引言
• 6.2 烧结温度对物相和显微结构的影响
• 6.3 烧结时间对物相和显微结构的影响
• 6.4 电学性能测试
• 6.5 本章小结
• 6.6 参考文献
• 第七章 全文总结和研究展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 研究展望
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文