Bi5FeTi3O15鐵薄膜B位摻雜的改性研究.pdf

1、本文著重于Bi5FeTi3O15(BFTO)層狀鈣鈦礦多鐵薄膜的制備及其摻雜薄膜材料的微結(jié)構(gòu)、鐵電、磁性等研究。通過分析B位摻雜對材料性能的影響，闡述了影響B(tài)FTO薄膜性能的一些原因。同時，我們也研究了不同退火溫度，不同溶液濃度對薄膜結(jié)構(gòu)及其性能影響。主要的實驗結(jié)果如下:
　　 1.用Sol-Gel法成功的制備了BFTO層狀薄膜，分別用熱重分析儀和差示掃描量熱儀對前驅(qū)體粉末的熱分解行為進(jìn)行了檢測。從而確定BFTO薄膜退火前的最佳

2、熱處理過程是:在低溫處理溫度200℃烘烤4min，高溫處理溫度350℃烘烤5min。最后在740℃一次性退火60min。結(jié)果表明，以上熱處理得到薄膜的質(zhì)量較高，晶粒大小一致，約在300nm左右。我們研究了BFTO薄膜的微結(jié)構(gòu)、表面形貌、鐵電性能和磁性能。在550kV/cm的外加電場作用下，測得該薄膜樣品的剩余極化(2Pr)約為67.5μC/cm2，同時，室溫下，觀測到了BFTO薄膜的弱鐵磁性，BFTO室溫下表現(xiàn)出良好的鐵電性與鐵磁性的共

3、存。
　　 2.用Sol-Gel法成功制備了Mn摻雜BFTO薄膜，主要研究不同溫度Bi5Fe0.5Mn0.5Ti3O15(BFMT)多鐵薄膜的微觀結(jié)構(gòu)、鐵電和磁性能。X射線衍射譜顯示Mn摻雜并沒有改變BFTO薄膜的微觀結(jié)構(gòu)，拉曼光譜進(jìn)一步證實摻入的Mn占據(jù)了B位，并且Mn的摻雜對B位離子的有序排列產(chǎn)生了影響。雖然摻雜后樣品(BFMT)在室溫下雖然仍顯示為順磁性，但是磁化強(qiáng)度明顯提高。
　　 3.為了進(jìn)一步改善BFTO薄膜

4、的磁性能用磁性離子Ni對其進(jìn)行B位摻雜。我們研究了不同摻雜量的Bi5Fe1-xNixTi3O15(BFNT-x)(x=0.1，0.3，0.5，0.7)薄膜樣品的結(jié)構(gòu)，鐵電性和磁性能。X衍射譜結(jié)果顯示Ni摻雜使BFTO薄膜樣品的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，原來的(119)峰劈裂成雙峰。隨著摻雜量的增加，室溫下飽和磁化強(qiáng)度（Ms）出現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢，樣品BFNT-0.3和BFNT-0.5的Ms幾乎相等，達(dá)到最大，約為2.6emu/cm3。根據(jù)磁

5、性來源分析，我們認(rèn)為磁性主要來源于Fe3+-O-Ni3+之間的耦合，所以當(dāng)磁性離Fe3+∶Ni3+接近1:1時，這種耦合的概率達(dá)到最大。
　　 我們通過調(diào)節(jié)溶液的濃度制備出具有單一相BFNT-x(x=0.1，0.2，0.3)薄膜樣品，并對其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明:當(dāng)溶液濃度降低到0.075mol/L時，BFNT-x開始形成單一的四層鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，而具體的改性機(jī)制仍在進(jìn)一步的實驗研究中。隨著摻雜量的增加，鐵電回線的矩形度在