论文摘要
本文研究了Fe掺杂BaTiO3的巨大电致伸缩效应，以及Fe-BaTiO3—Tb1-xDyxFe2-y复合结构样品的磁电（ME）效应。利用铁电体在90°畴翻转时产生巨大形变这一特性，并利用点缺陷的对称性质（短程有序对称顺应原则）而产生可回复的巨大应变。在存在点缺陷的情况下，电畴在电场作用下发生翻转，而点缺陷保持在原来取向；当电场解除时，在点缺陷的影响下，畴将回到原来的取向。Fe-BaTiO3单晶在200V／mm的电压下可产生0.75％的巨大可逆形变，是相同电压下PZT形变量的40倍。Fe-BaTiO3多晶陶瓷电致伸缩最大值也可以达到0.15％。同时产生这一巨大电致应变的材料为对环境无害的钛酸钡基材料，这为开发对环境无害的高性能电致应变材料提供了重要新途径。磁电效应是一种能够实现电场与磁场之间相互耦合并转换的效应，在传感器领域里有着巨大的应用潜力。但由于磁电系数小，成本高等因素，单相磁电材料至今未能应用到实际中。研究和开发具有强磁电效应的铁电—铁磁复合材料成为科学研究中广泛关注的热点之一。近年来，磁电复合材料研究中铁电相材料经常用PZT，这是由于PZT制备已有相对成熟的工艺，并且PZT具有比较大的电致伸缩。但由于PZT含有铅、锆（Pb、Zr）等对环境和人体极为有害的元素，因此寻找PZT的替代品已经称为科学研究的一个主要课题。Fe-BaTiO3则成为PZT的潜在替代品。利用溶胶—凝胶法制备掺杂Fe-BaTiO3和纯净BaTiO3粉料，压片后在1350℃下烧结10小时制备Fe-BaTiO3和BaTiO3多晶陶瓷。XRD谱显示在同等条件下制备的Fe-BaTiO3和BaTiO3具有同样的铁电结构，室温下属于四方相钙钛矿结构，点群为4mm。虽然Fe3+掺杂BaTiO3造成氧空位的出现，但没有改变四方相的晶体结构。BaTiO3的铁电—顺电相变是一级相变，相变时有相变潜热。在居里点附近，由铁电相转变为顺电相时要吸收热量。差热分析的结果表明，纯净BaTiO3样品居里点为110.66℃，相变潜热为227.6J／mol，而BaTiO3标准样品的相变潜热为210J／mol，符合得较好；Fe-BaTiO3样品居里点为103.27℃，相变潜热为169.9 J／mol。将Fe-BaTiO3和Tb1-xDyxFe2-y胶合，所用黏合剂为缓干型环氧基树脂及硬化剂。当树脂层厚度为0.01～0.02mm具有最好的粘合效果，使多层膜达到最佳的弹性耦合。由于掺杂Fe-BaTiO3表现出较大的电致伸缩效应，Tb1-xDyxFe2-y表现出极大的磁致伸缩，Fe-BaTiO3—Tb1-xDyxFe2-y复合结构表现出较大的磁电（ME）效应。双层和三层复合结构在350 Oe的低磁场下，横向磁电系数达到最大值，Fe-BaTiO3—Tb1-xDyxFe2-y和BaTiO3—Tb1-xDyxFe2-y双层复合结构的磁电系数分别为578 mV Oe-1cm-1和382 mV Oe-1cm-1；三层复合结构的横向磁电系数分别为2200 mV Oe-1cm-1和1400 mV Oe-1cm-1。BaTiO3—Tb1-xDyxFe2-y比BaTiO3—Tb1-xDyxFe2-y复合结构的磁电系数大50％；并且三层复合结构的磁电系数约为同类材料构成的双层复合结构的3.5倍。BaTiO3—Tb1-xDyxFe2-y磁电复合结构表现出的磁电系数，具有相当的研究价值。由于实验中样品制备简单，成本低，并且改变BaTiO3传统意义上“坏”铁电体的概念，BaTiO3的改性问题具有相当的研究和应用价值；同时不含铅、锆（Pb、Zr）等有害物质，符合环保要求。
论文目录
相关论文文献
标签：磁电效应论文; 铁电性论文; 压电性论文; 掺杂论文; 巨大可逆电致伸缩论文; 溶胶凝胶法论文; 射线衍射论文; 差热分析论文;