摻雜BiFeO3多鐵性材料的結構性能與應用研究.pdf

1、多鐵性材料的研究是材料科學及凝聚態(tài)物理中的一個新的領域，蘊含著豐富的材料科學與物理研究課題。多鐵性材料中存在自發(fā)的鐵電有序和磁性有序的耦合作用,也就是磁電耦合效應(ME)。這種磁電耦合作用為磁有序和鐵電有序之間相互調控的實現提供了無限的可能，因此被認為在信息存儲、集成電路、磁傳感器以及自旋電子器件等方面有誘人的應用前景。在本就稀少的多鐵性材料中，BiFeO3由于在室溫以上同時存在鐵電性(Tc=1100K)和反鐵磁性(TN=650K)引起

2、了人們的極大興趣。然而，BiFeO3中的鐵磁性和鐵電性來源于不同的離子。另外，純相BiFeO3中的鐵磁性十分微弱，而且BiFeO3陶瓷粉體的制備過程會引入缺陷和雜質，這導致在純相BiFeO3陶瓷粉體中很難觀測到好的電滯回線，這些限制條件阻礙我們在BiFeO3粉體中觀察到磁電耦合效應。因此，在本論文中，我們通過A位的離子摻雜觀察BiFeO3結構與性質的變化，從而探索其內部的磁、電結構以及多鐵性材料特有的磁電耦合性能。另外，我們還初步探索其

3、在電潤濕顯示器和吸附染料廢水方面的應用，開拓BiFeO3新的應用領域。
　　我們以酒石酸為絡合劑，通過酒石酸溶膠凝膠法制備出純相的Bi1.04-xBaxFeO3(x=0.10,0.20,0.30)。通過XRD和Raman測試結果，我們確定了Bi1.04-xBaxFeO3的結構隨著x的增大從三方相（R3c）結構轉變?yōu)樗姆较啵≒4mm）結構。經過VSM磁性測試我們發(fā)現相比于其它兩個樣品，Bi0.84Ba0.2FeO3樣品的磁性最強（1

4、2 kOe的磁場下達到1.6 emu/g）。鐵電性的測試結果表明隨著x的增大，BiFeO3塊材的漏電流減小而電極化強度增大，Bi0.74Ba0.30FeO3飽和極化強度接近6.6μC/cm2。另外，基于Bi0.84Ba0.2FeO3樣品優(yōu)良的鐵磁性和鐵電性，我們測試了其在不同電場下的磁滯回線，結果在 Bi0.84Ba0.2FeO3的樣品中觀察到清晰的磁電耦合現象。隨著外加電場的增加Bi0.84Ba0.2FeO3的飽和磁化強度逐步降低，磁

5、電耦合系數α大約在1.5×10?12 s/m。
　　為了探索 BiFeO3在電潤濕顯示技術方向上的應用價值，我們設計并搭建了電潤濕顯示單元，采用化學溶液沉積法制備出純相的鐠錳摻雜鐵酸鉍(Bi0.86Pr0.14)(Fe0.95Mn0.05)O3（BPFMO）薄膜，并將這種典型多鐵性材料作為介質層加入到電潤濕顯示單元中，不僅成功的控制了油滴的收縮和擴張，并且在整個實驗過程中漏電流較小，油滴在11V的電壓下就開始收縮，隨著外加電壓的增

6、強油滴收縮面積逐步加大，在撤去電壓后立即回復原狀，表現良好的重復性，這說明摻雜BiFeO3作為一種電介質材料具有良好的介電性能，這個性質應當為人們所重視。本實驗為鐵酸鉍等多鐵性材料在電潤濕方向上的應用提供了初步的探索。
　　為了研究多鐵性材料BiFeO3在染料吸附方向上的應用可能，我們通過酒石酸溶膠凝膠法和棉花模板法制備了純相的無孔BiFeO3和多孔BiFeO3。我們首先對無孔BiFeO3進行系統的吸附性能研究，結果發(fā)現在低溫和p

7、H=4的條件下，BiFeO3表現出更好的吸附效果。我們進一步對比無孔BiFeO3和多孔BiFeO3在pH=4的條件下吸附染料羅丹明B（RHB）的吸附效果。實驗發(fā)現，多孔BiFeO3的吸附性能優(yōu)于普通無孔的BiFeO3。根據兩種樣品的結構形貌以及氮氣吸附脫附結果，我們認為多孔BiFeO3優(yōu)秀的吸附效率來源于其中存在的管道和空腔結構產生的較高比表面積。另一方面，我們測試兩種BiFeO3樣品吸附前后的結構和磁性，結果發(fā)現多孔BiFeO3的磁性