金属氧化物掺杂改性的BiFeO3-BaTiO3室温多铁陶瓷的结构、压电及多铁性能研究
多铁性材料是指同时拥有两种及以上铁性能的材料。具有简单钙钛矿结构的铁酸铋(BiFeO3)，有较高的居里温度（TC=～1100K）和奈尔温度(TN=～640 K)，是室温下为数不多的同时存在铁电性和铁磁性的的单相多铁材料，且因其电、磁有序而具有磁电耦合性质，从而有望用于制作性能优良的多功能电子元器件。然而，纯相BiFeO3合成较困难、漏电流大且室温无宏观铁磁性，制约了BiFeO3的发展和应用。在BiFeO3中引入ABO3型钙钛矿钛酸盐形成BiFeO3基固溶体，通常能改善材料的绝缘性能和抑制杂相生成。作为经典的BiFeO3基固溶体，0.7BiFeO3-0.3BaTiO3显示出优良的压电及多铁性能，但目前利用金属氧化物对其进行掺杂改性的研究较少。本论文通过对0.7BiFeO3-0.3BaTiO3基陶瓷进行金属氧化物（Fe2O3、Co2O3、NiO和Nb2O5）掺杂改性，重点研究了金属氧化物掺杂对其结构、压电性以及多铁性的影响，得出以下结论: (1)采用固相法成功制备了0.7BiFeO3-0.3BaTiO3+1 mol％MnO2+x mol％NiO(x=0-3.0)多铁性陶瓷，研究了NiO掺杂量对陶瓷物相结构、显微形貌、多铁性和压电性的影响。结果表明，该陶瓷具有菱方钙钛矿结构，致密且无杂相。NiO掺杂抑制了晶粒生长，增强了陶瓷的绝缘性、铁电性、压电性和铁磁性能。当x=0.5时，R=～6.30×109Ω·cm,Pr=20μC/cm2,d33=151 pC/N,kp=35％;当x=2.0时，陶瓷获得最优的铁磁性能(Mr=0.117emu/g)。 (2)采用固相法成功制备了0.7BiFeO3-0.3BaTiO3+1 mol％MnO2+y mol％Co2O3(y=0-3.0)陶瓷。研究表明，该陶瓷呈现菱方钙钛矿结构，展现出优异的电绝缘性（R=6.62×109Ω·cm，J=2.17×10-5 A/cm2），增强的铁电性和铁磁性。当y=1.0时，样品呈现最优的压电性能（d33=134 pC/N，kp=0.33％），同时得到最大的剩余磁化值(Mr=0.191 emu/g);当y=1.5时，样品有最优的铁电性能（Pr=23.0μC/cm2)。 (3)采用固相法成功制备了0.7BiFeO3-0.3BaTiO3+1 mol％MnO2+z mol％Fe2O3(z=0-3.0)陶瓷。结果表明，掺杂Fe2O3之后的陶瓷均形成R3c菱方钙钛矿结构且不含杂相，样品均展现了良好的绝缘性能（R～109Ω·cm）。少量Fe2O3掺入能增强其压电性（z=1.0，d33=139 pC/N）;同时，剩余磁化强度随z的增加单调递增，当z=3.0时，Mr=0.401 emu/g。 (4)采用固相法成功制备了Bi0.7Ba0.3(Fe0.7Ti0.3)1-uNb0.66uO3(u=0-0.02)+1 mol％MnO2陶瓷。该陶瓷具有扭曲的菱方钙钛矿结构;少量掺杂后，该陶瓷晶粒规则且晶界分明，过量掺杂则抑制晶粒生长;样品均呈现出低的漏电流(J～10-5-10-4 A/cm2)和高的电阻率(R～1091010Ω·cm);掺杂Nb后，陶瓷的铁电性及压电性均呈下降趋势（Pr和Ec分别从19.7μC/cm2和3.7 kV/mm降至3.1μC/cm2和2.4 kV/mm，d33从133 pC/N降至19 pC/N）;然而，当掺杂量u从0增加到0.0025时，样品居里温度TC从578℃增加到603℃。
多铁陶瓷;钙钛矿结构;金属氧化物;掺杂改性;结构表征;压电性能;多铁性能
四川师范大学
硕士
无机化学
伍晓春;赁敦敏
2015
中文
TB34
90
2015-09-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）