B位取代改性對BiFeO3-BaTiO3基高溫壓電-單相多鐵陶瓷的結(jié)構(gòu)、壓電及多鐵性能的影響.pdf

1、單相多鐵材料能在同一種材料中同時擁有磁性和鐵電性。但是，到目前為止單相多鐵材料是比較罕見的，BiFeO3是目前發(fā)現(xiàn)的稀有的能在室溫以上同時表現(xiàn)出鐵電性和反鐵磁性的單相多鐵材料。BiFeO3擁有高達(dá)830℃的居里溫度和370℃的尼爾溫度，在多功能器件方面具有廣闊的潛在應(yīng)用前景，是當(dāng)前功能材料領(lǐng)域的研究熱點。此外，BiFeO3具有高鐵電居里溫度，也有望成為高溫?zé)o鉛材料的候選材料。本論文構(gòu)建了B位改性的BiFe1-xMxO3-BaTiO3(M

2、: Al、Yb和Co)陶瓷體系，重點研究了B位取代改性和制備工藝對BiFeO3基鈣鈦礦材料的結(jié)構(gòu)、壓電及多鐵性能的影響，并得到如下結(jié)論:
　　(1)采用固相法制備出0.725BiFe1-xAlxO3-0.275BaTiO3+1mol％MnO2多鐵性陶瓷，研究了Al摻雜和燒結(jié)溫度對該體系的晶體結(jié)構(gòu)、微結(jié)構(gòu)、壓電性以及多鐵性的影響。實驗結(jié)果表明，該陶瓷在970-1000℃能形成致密的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)0.725BiFe1-xAlxO3-0.2

3、75BaTiO3+1mol％ MnO2多鐵性陶瓷。在x=0處，材料的晶體結(jié)構(gòu)為菱方，在x=0.01-0.03處的晶體結(jié)構(gòu)為菱方和正交兩相共存;當(dāng)x＞0.03時，晶體結(jié)構(gòu)變?yōu)檎弧Ｔ?70℃下燒結(jié)的x=0.01組分的陶瓷具有高的電阻率(～109Ω·cm)和良好的壓電性能（d3=138 pC/N，kp=32.7％）。隨著燒結(jié)溫度升高，陶瓷的致密度、電絕緣性、鐵電性、鐵磁性和壓電性均得到了提高。Al摻雜降低了陶瓷的磁性，但是燒結(jié)溫度的升高增強

4、了陶瓷的磁性。
　　(2)采用傳統(tǒng)的固相法制備出0.725BiFe0.98Yb0.02O3-0.275BaTiO3+1 mol％MnO2多鐵性陶瓷，重點研究了燒結(jié)溫度對該體系的晶體結(jié)構(gòu)、微結(jié)構(gòu)、多鐵性以及壓電性的影響。研究結(jié)果表明，該體系的陶瓷在850-940℃為菱方;在970℃-1000℃為三方和四方的兩相共存;當(dāng)溫度升高到1030℃時則完全變?yōu)樗姆健．?dāng)燒結(jié)溫度從850℃升高到1000℃時，晶粒尺寸從1.02μm增大到4.69μ

5、m。隨著燒結(jié)溫度的提高，陶瓷的致密度、電絕緣性、鐵電性、鐵磁性和壓電性均得到了提高。在970℃及以上的溫度下燒結(jié)得到的陶瓷具有高的相對密度(94.7-95.9％)、良好的壓電性能(d33=125-138 pC/N)、強鐵電性(Pr～13.2μC/cm2)和強鐵磁性(Mr=0.118 emu/g)。
　　(3)采用的傳統(tǒng)固相法制備0.75BiFe1-xCoxO3-0.25BaTiO3+1 mol％ MnO2多鐵性陶瓷，研究了Co摻雜

6、和燒結(jié)溫度對該體系的晶體結(jié)構(gòu)、微結(jié)構(gòu)、壓電性以及多鐵性的影響。實驗結(jié)果表明，Co摻雜使該體系的晶體結(jié)構(gòu)從菱方變?yōu)樗姆?，且增強了該陶瓷體系的鐵電性能和鐵磁性。在x=0.10處，剩余極化Pr和剩余磁化Mr均達(dá)到最大值，分別為12.8μC/cm2和0.97 emu/g。燒結(jié)溫度的升高也使陶瓷晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，在850-940℃下燒結(jié)的陶瓷樣品為菱方，當(dāng)燒結(jié)溫度升高到970℃和1000℃時，陶瓷樣品的晶體結(jié)構(gòu)為菱方和四方共存相。在970-10