溶膠凝膠法合成A位摻雜型LaMnO3材料的微結(jié)構(gòu)與磁性能研究.pdf

1、錳酸鑭(LaMnO3)是一種典型的具有ABO3結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦材料，是鈣鈦礦錳氧化物材料研究的重點(diǎn)。以LaMnO3為母體，通過(guò)對(duì)LaMnO3的A位元素的摻雜改性，其通式為L(zhǎng)a1-xAxMnO3(A=Ca，Sr，Mg，Ba，Ce或其它稀土元素)，會(huì)引起A位平均離子半徑的變化并導(dǎo)致B位Mn3+和Mn4+混合價(jià)態(tài)產(chǎn)生，從而產(chǎn)生一系列的新的物理化學(xué)特性，如:巨磁電阻效應(yīng)，磁熱效應(yīng)，等等。有研究表明[1,2]，大多數(shù)元素如Ca、Mg、Ba、Na、K等

2、摻雜的鈣鈦礦錳氧化物材料相轉(zhuǎn)變溫度低于常溫，因此限制了該類型材料的應(yīng)用。與多數(shù)元素如Mg、 Ca等摻雜不同的是Pb等元素?fù)诫s的LaMnO3樣品在常溫下就表現(xiàn)出鐵磁性質(zhì)，具有較高的相轉(zhuǎn)變溫度，并且在居里溫度附近存在較大的磁電阻和磁熵變化，因此在磁場(chǎng)傳感器，磁制冷材料等方面均存在潛在的應(yīng)用價(jià)值。相關(guān)研究表明，這些特殊的物理化學(xué)性質(zhì)可能與該體系材料中的多種相變和相互作用有關(guān)，如順磁到鐵磁相變，鐵磁到反鐵磁相變，電子-電子相互作用以及電子-晶格

3、耦合作用等等，因此Pb等元素的摻雜成為鈣鈦礦錳氧化物研究的重要課題。
　　本文采用Sol-gel法對(duì)純相LaMnO3和鈣鈦礦錳基復(fù)合氧化物A位Pb摻雜、A位Pb與Pr雙摻雜LaMnO3材料的微結(jié)構(gòu)、形貌以及磁性能做了系統(tǒng)性研究，一方面，檸檬酸溶膠凝膠法具有從分子水平上進(jìn)行加工，且操作簡(jiǎn)單，容易調(diào)控的特點(diǎn)，因此可以通過(guò)控制不同的工藝條件，系統(tǒng)的研究材料結(jié)構(gòu)和性能的變化規(guī)律，獲得純度較高，顆粒尺寸較小，團(tuán)聚較少，性能優(yōu)越的產(chǎn)品。另一方

4、面，通過(guò)對(duì)材料的A位置進(jìn)行單元或者雙元摻雜，會(huì)使樣品產(chǎn)生離子半徑效應(yīng)和價(jià)態(tài)效應(yīng)，如Mn-O鍵長(zhǎng)和Mn-O-Mn鍵角的變化、Mn離子混合價(jià)態(tài)的產(chǎn)生、造成La空缺和氧缺陷等等，從而引起樣品晶格發(fā)生畸變，結(jié)果導(dǎo)致自旋結(jié)構(gòu)傾斜，出現(xiàn)剩余磁矩，使樣品表現(xiàn)出鐵磁性。因此，本研究通過(guò)改進(jìn)工藝條件和元素的摻雜含量，對(duì)材料的微觀結(jié)構(gòu)以及磁性能進(jìn)行調(diào)控，有效的減少了樣品的團(tuán)聚，提高了樣品在常溫下的磁性能。對(duì)進(jìn)一步探討A位摻雜型LaMnO3復(fù)合氧化物材料的內(nèi)

5、部機(jī)理，提高材料在磁學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值具有重要意義，為新材料的開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。
　　本論文通過(guò)TG-DSC、XRD、FT-IR、SEM、VSM對(duì)前軀體的失重過(guò)程和合成樣品的晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵及官能團(tuán)、微觀形貌、磁性參數(shù)進(jìn)行表征和分析。
　　本論文主要研究成果如下:
　　1.本文采用Sol-gel法成功制備了鈣鈦礦LaMnO3粉末，采用XRD和SEM研究了不同水浴溫度，不同PH值，不同煅燒時(shí)間和煅燒溫度對(duì)LaMnO3材料的結(jié)

6、構(gòu)和形貌的影響，最終選擇了以檸檬酸為絡(luò)合劑，50℃水浴，PH=7，煅燒10小時(shí)左右為最佳的制備方案，得到平均顆粒尺寸較小且形貌工整的樣品。
　　2.本文采用Sol-gel法成功制備了鈣鈦礦La1-xPbxMnO3多晶粉末，采用XRD、TG-DSC、FT-IR和SEM、VSM研究了樣品La1-xPbxMnO3(x=0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6)的微結(jié)構(gòu)和磁性變化;在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究了不同煅燒溫度和不同煅燒時(shí)間

7、對(duì)La0.7Pb0.3MnO3材料的微結(jié)構(gòu)和磁性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過(guò)控制煅燒溫度，可以有效的提高La0.7Pb0.3MnO3樣品在常溫下的飽和磁化強(qiáng)度的大小，在900℃煅燒2小時(shí)的La0.7Pb0.3MnO3樣品具有最大的飽和磁化強(qiáng)度為55.49 emu/g，而且顆粒尺寸較均勻，團(tuán)聚較小。
　　3.本文采用Sol-gel法成功制備了鈣鈦礦La0.7-xPrxPb0.3MnO3多晶粉末，實(shí)驗(yàn)條件為950℃煅燒10小時(shí)，并采用

8、TG-DSC、XRD、FTIR和SEM、VSM分析了不同比例La0.7-xPrxPb0.3MnO3(x=0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7)材料的微結(jié)構(gòu)和磁性能變化;實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著稀土元素Pr摻雜量的增加，樣品的結(jié)構(gòu)由菱方向立方結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，在常溫下，磁性由鐵磁性向順磁性轉(zhuǎn)變，其中飽和磁化強(qiáng)度隨摻雜比例的增加迅速減小,而與之相反矯頑力呈增加的趨勢(shì);此外，本文采用Sol-gel法制備的樣品均具有顆粒尺寸均勻且晶粒邊界清