玻璃添加對BiFeO3陶瓷多鐵性的影響.pdf

1、多鐵性材料作為多功能材料的一種，它所表現(xiàn)出的鐵電、鐵磁等優(yōu)良特性使其在信息存儲、自旋電子及傳感器等領(lǐng)域得到極大的關(guān)注。具有扭曲鈣鈦礦型(ABO3)結(jié)構(gòu)的BiFeO3材料由于在室溫下鐵電和鐵磁之間產(chǎn)生的耦合效應(yīng)使其成為最具前景性的多鐵性材料，近年來倍受諸多研究者們的青睞。目前，采用稀土離子/過渡金屬對BiFeO3陶瓷進(jìn)行摻雜改性研究是主要手段，但其成本較高。玻璃作為一種添加劑，制備簡單且易于獲得，不僅可作為一種燒結(jié)助劑且可優(yōu)化陶瓷性能。本

2、論文采用固相法合成BiFeO3粉體，探究不同煅燒溫度對BiFeO3粉體純度的影響，確定最佳合成參數(shù)。此外，采用傳統(tǒng)固相法分別制備不同含量的(Ba0.5Sr0.5)Nb2O6-G（簡稱BSN-G）、SrO-Fe2O3-SiO2-B2O3微晶玻璃（簡稱SFSB）和Bi2O3-B2O3-ZnO（簡稱BBZ）添加的BiFeO3陶瓷，并對陶瓷的燒結(jié)特性、微觀形貌、晶體結(jié)構(gòu)、漏導(dǎo)電流、鐵電及磁性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　(1)采用固相法制備B

3、iFeO3-x[BSN-G]（x=0.0～5.0wt％）陶瓷樣品，研究添加不同含量的BSN-G對BiFeO3陶瓷微觀形貌，電性能及磁性能的影響。結(jié)果表明:BSN-G的加入使得陶瓷樣品的燒結(jié)溫度降低、氣孔率降低、致密度提高。這主要源于BSN-G中部分玻璃相的存在使得陶瓷樣品在燒結(jié)過程中形成的液相更能充分浸潤固體顆粒，液相參與燒結(jié)過程，大大促進(jìn)了傳質(zhì)的進(jìn)行，進(jìn)而使得陶瓷樣品致密度提高。樣品的介電常數(shù)和介電損耗均隨著BSN-G的加入呈降低趨勢

4、，當(dāng)x=5.0％時，樣品在頻率為1kHz時的介電常數(shù)為72，介電損耗為0.003。此外，添加BSN-G使得BiFeO3陶瓷的漏導(dǎo)電流降低，x=5.0％的樣品獲得較飽和的電滯回線，其飽和極化強(qiáng)度Ps為1.5μC/cm2，漏導(dǎo)電流密度J為0.39μA/cm2。此外，隨著x增加，樣品的磁性能得到略微改善。
　　(2)首先采用高溫熔融法制備SrO-Fe2O3-SiO2-B2O3系統(tǒng)基礎(chǔ)玻璃，隨后采用整體析晶法制備出主晶相為Sr2FeSi2

5、O7的磁性微晶玻璃，磁性能測試顯示該樣品具有典型的鐵磁特性其飽和磁化強(qiáng)度Ms=10.527emu/g以及矯頑力Hc=210.462Oe。其次，對BiFeO3-xSFSB(x=1.0～9.0wt％)體系陶瓷進(jìn)行研究。結(jié)果表明:當(dāng)x=5.0％時，樣品的相對密度達(dá)最大值，這表明過多的玻璃相使得陶瓷在燒結(jié)過程中體系的黏度增大，反而不利于氣孔排除，最終使得致密度下降。此外，隨著x增加，樣品的介電常數(shù)降低而介電損耗先降低后增大，x=5.0％時樣品在

6、頻率為1kHz下的介電常數(shù)為85，介電損耗降至0.02以下。當(dāng)x=1.0％時，樣品M-呈線性關(guān)系，表現(xiàn)為典型的反鐵磁性材料;隨著x增加，陶瓷樣品的飽和磁化強(qiáng)度(Ms)和矯頑場（Hc）均明顯增大，當(dāng)x=9.0％時，陶瓷樣品的Ms=0.230emu/g和Hc=3122Oe。表明SFSB的加入使得BiFeO3陶瓷磁性能得到明顯改善。
　　(3)BiFeO3-xBBZ(x=0.0～5.0wt％)陶瓷的研究結(jié)果表明:BBZ的加入使得BiFe

7、O3陶瓷的燒結(jié)溫度顯著降低、致密度提高、晶粒細(xì)化。由Raman分析可知，BBZ的加入使得BiFeO3陶瓷中的Bi-O鍵及Fe-O鍵都得到了不同程度的增強(qiáng)，進(jìn)而使得鐵電性和鐵磁性得到一定的改善，這主要源于BBZ中部分Bi3+補(bǔ)充BiFeO3陶瓷中Bi3+的揮發(fā)。當(dāng)頻率為100 Hz時，x=5.0％樣品的介電常數(shù)達(dá)到168，介電損耗為0.05。此外，當(dāng)測試頻率為100Hz～1MHz時，介電常數(shù)和介電損耗隨溫度的變化呈現(xiàn)彌散現(xiàn)象，表現(xiàn)為Max