Ba1-xBixTi1-yMnyO3和Bi5-xLaxTi3Fe1-yCoyO15多鐵陶瓷的磁性、鐵電性以及介電性的研究.pdf

1、具有兩種或者兩種以上的鐵性性質(zhì)的材料被稱(chēng)為多鐵材料，其中鐵性包括鐵磁性、鐵電性和鐵彈性。多鐵材料可能具有的磁電耦合效應(yīng)有希望通過(guò)外加磁場(chǎng)來(lái)控制電荷或者通過(guò)外加電場(chǎng)來(lái)控制自旋。這種行為在設(shè)計(jì)多功能器件上具有非常誘人的應(yīng)用前景，它為傳統(tǒng)的傳感器、激勵(lì)器、存儲(chǔ)器件提供了一個(gè)額外的自由度。例如，目前常用的存儲(chǔ)材料有磁存儲(chǔ)器和鐵電存儲(chǔ)器，磁存儲(chǔ)器采用磁寫(xiě)磁讀，其讀取速度快但是寫(xiě)入慢，而鐵電存儲(chǔ)器采用電寫(xiě)電讀，讀取復(fù)雜而寫(xiě)入快，如果使用磁電耦合材料

2、為記錄介質(zhì)，做成電寫(xiě)磁讀，則可能同時(shí)實(shí)現(xiàn)超高速率的讀寫(xiě)過(guò)程。此外，磁電材料還有可能應(yīng)用在多態(tài)記憶元，電場(chǎng)控制的磁共振裝置、磁場(chǎng)控制的壓電傳感器、電場(chǎng)控制的壓磁傳感器、磁力成像技術(shù)和檢測(cè)，磁場(chǎng)屏蔽等各種領(lǐng)域中。因此對(duì)于多鐵材料的研究，不僅在理論上具有重要的意義，同時(shí)在技術(shù)和應(yīng)用層面上有著廣闊的應(yīng)用前景。本文對(duì)單相多鐵材料的研究做了以下幾個(gè)方面的工作：
　　 ⑴使用溶膠凝膠法制備了Bi，Mn 共摻雜BaTiO3 名義組分為Ba1-x

3、BixTi1-yMnyO3 （0≤y≤0.08）塊材樣品，成功的在不破壞鐵電性的情況下，在純的鐵電體BaTiO3中引入了鐵磁性，形成了一個(gè)單相多鐵體系。并對(duì)Bi和Mn摻雜濃度對(duì)樣品磁性的影響進(jìn)行了研究。研究表明，固定Mn摻雜量的樣品，Bi離子的摻雜組分增加，樣品的磁性增加；固定Bi的摻雜量，在Mn的摻雜量較低時(shí)（x≤0.04），樣品的鐵磁性較為明顯。對(duì)于樣品室溫鐵磁性的起因，我們采用晶界缺陷誘導(dǎo)的束縛磁極化子理論來(lái)進(jìn)行解釋。
　　

4、 ⑵研究了Ba1-xBixTi1-yMnyO3 （0≤y≤0.08）塊材樣品的介電性質(zhì)和鐵電性質(zhì)。它們的介電轉(zhuǎn)變峰Tm 均在室溫以上，具有弛豫鐵電性；隨著Mn 摻雜組分的增加介電常數(shù)峰值向高溫移動(dòng)，樣品的介電損耗增大。所有的樣品都具有鐵電性；對(duì)于Bi摻雜量為0.07和0.1的樣品，當(dāng)Mn的摻雜量從0 增加到0.02 時(shí)矯頑力和剩余極化先減小，此后隨著Mn的摻雜量的增加，矯頑力和剩余極化又單調(diào)增加。分析認(rèn)為以上結(jié)果均是由于Bi和Mn 摻

5、雜導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)變化以及氧空位濃度的變化兩者共同作用所造成的。
　　 ⑶使用溶膠凝膠法制備了名義組分為Bi5-xLaxTi3Fe0.5Co0.5O15（0≤x≤0.4）的陶瓷塊材。研究了燒結(jié)溫度和摻雜組分對(duì)體系磁性的影響。在不摻La的情況下，不同燒結(jié)溫度時(shí)，Bi5Ti3Fe0.5Co0.5O15體系在室溫下都表現(xiàn)出弱鐵磁性；隨著燒結(jié)溫度的升高，1000Oe下的樣品的ZFC和FC 開(kāi)始出現(xiàn)多個(gè)交叉點(diǎn)，以最高溫度1000℃ 燒結(jié)的樣品最

6、為明顯；摻La以后樣品室溫的磁化強(qiáng)度有所增強(qiáng)，ZFC和FC 并沒(méi)有出現(xiàn)異常的行為。這種現(xiàn)象認(rèn)為是兩種相互作用競(jìng)爭(zhēng)作用的結(jié)果。從后面的研究可以知道，這兩種相互作用分別是單離子各向異性和反對(duì)稱(chēng)的DM 相互作用。
　　 ⑷研究了燒結(jié)溫度和La摻雜濃度對(duì)Bi5-xLaxTi3Fe0.5Co0.5O15體系的介電性以及鐵電性的影響。所有的樣品的介電常數(shù)和介電損耗都是隨著頻率的增加而減小；燒結(jié)溫度增加介電性變差，剩余極化和矯頑力先增大后減小

7、；La摻雜使得介電性增強(qiáng)，電滯回線(xiàn)矯頑力減??；對(duì)于燒結(jié)溫度為850℃的樣品，其剩余極化隨著La摻雜量的增加而增加，而對(duì)于燒結(jié)溫度為1000℃的樣品，剩余極化隨著La摻雜量的增加而減少。介電性能主要是受氧空位濃度的影響，鐵電性的變化規(guī)律就是顆粒尺寸效應(yīng)和Bi揮發(fā)兩種效應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果。
　　 ⑸在Bi5Co0.5Fe0.5Ti3O15材料體系發(fā)現(xiàn)了負(fù)磁化現(xiàn)象，研究了燒結(jié)溫度、外加場(chǎng)大小以及B 位摻雜量的變化對(duì)Bi5CoyFe1-yTi

8、3O15（0.4≤y≤0.6）材料體系的負(fù)磁化現(xiàn)象的影響。燒結(jié)溫度達(dá)到900℃ 樣品開(kāi)始出現(xiàn)負(fù)磁化效應(yīng)，并且燒結(jié)溫度越高，負(fù)磁化的絕對(duì)值越大。對(duì)于1000℃ 燒結(jié)的樣品，隨著外加場(chǎng)的增加，負(fù)磁化的補(bǔ)償溫度向低溫移動(dòng)，當(dāng)外加場(chǎng)足夠大時(shí)，負(fù)磁化現(xiàn)象消失；隨著Co 摻雜量的增加，補(bǔ)償溫度向高溫移動(dòng)。結(jié)合前面的研究結(jié)果以及相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，我們認(rèn)為負(fù)磁化行為是反對(duì)稱(chēng)的DM相互作用與單離子各向異性的相互競(jìng)爭(zhēng)造成的，而B(niǎo)i揮發(fā)導(dǎo)致的晶格畸變?cè)龃笫沁@兩種