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La，Pb掺杂对BiFeO_3结构和性能的影响

作　者: 王莉
导　师: 郭革新
学　校: 河北师范大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 多铁性固相反应法磁电效应 BiFeO3陶瓷掺杂
分类号: O611.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

多铁性材料是一类同时具有（反）铁电、（反）铁磁及铁弹中两者或两者以上耦合性质的材料。近年来,由于其在多功能器件中的潜在应用引起了人们极大的兴趣。作为一种典型的单相多铁性材料,铁酸铋（BiFeO₃）具有钙钛矿结构,是少数在室温下同时具有铁电性和磁性的多铁性材料之一,室温下呈铁电有序和反铁磁有序。虽然BiFeO₃是室温下研究单相多铁性材料的首要候选材料,但是在实际应用之前还有许多问题亟待解决。例如:弱的铁磁性,弱的磁电耦合效应等。目前为了解决这些问题,采用的方法主要是将其与其他ABO₃型钙钛矿结构的铁电材料进行固熔或对其进行掺杂。本文用固相反应法制备了Bi_1-xLa_xFeO₃,Bi_1-xPb_xFeO₃和Bi_0.9-xPb_xLa_0.1FeO₃三个系列样品。分别采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜确定了样品的物相纯度和显微结构,并对样品的磁性作了研究。对于Bi_1-xLa_xFeO₃和Bi_1-xPb_xFeO₃系列的样品:在掺杂量、烧结时间不变的情况下,两个系列样品物相纯度均随烧结温度的升高而提高;在掺杂量、烧结温度不变的情况下,烧结时间的增加对两个系列样品物相纯度均没有太大影响。烧结时间为1h时,两个系列样品都已经为纯相;在烧结温度、烧结时间不变的情况下,Bi_1-xLa_xFeO₃系列样品物相纯度随掺杂量的增加而提高,而Bi_1-xPb_xFeO₃系列样品在掺杂量x=0.3时样品最纯;研究在900℃烧结2h的Bi_1-xLa_xFeO₃系列样品时发现,样品的磁性很弱,随着掺杂量的增加,磁性逐渐增强,当掺杂量增加到x=0.15时磁性明显增强。而对于在810℃烧结1h的Bi_1-xPb_xFeO₃系列样品在x=0.0,0.1,0.2时,M-H曲线基本上为直线,磁性较弱,在x=0.3和x=0.4时,明显出现磁滞,磁性增强。对于Bi_0.9-xPb_xLa_0.1FeO₃（x=0.0,0.1,0.2,0.3）系列样品:XRD测量结果表明,掺杂量的不同直接影响了Bi_0.9-xPb_xLa_0.1FeO₃系列样品的物相纯度,x=0.2时样品最纯;SEM照片显示样品的颗粒均匀,基本呈球状,估算出颗粒平均尺寸在300-400nm之间;磁性研究表明,在x=0.0和x=0.1时,M-H曲线基本上为直线,磁性较弱。在x=0.2时,出现磁滞。在x=0.3时,磁性增强。选择三个系列中物相最纯的样品比较得出:Bi_0.7Pb_0.3FeO₃的磁性要远远大于Bi_0.7Pb_0.2La_0.1FeO₃或Bi_0.85La_0.15FeO₃的磁性。

全文目录

中文摘要  4-5
英文摘要  5-9
1 绪论  9-18
  1.1 多铁性材料  9-13
    1.1.1 物质的磁性  9-10
    1.1.2 物质的铁电性  10-11
    1.1.3 多铁性材料的研究历史和应用前景  11-13
  1.2 典型的单相多铁性材料BiFeO_3  13-17
    1.2.1 BiFeO_3的结构  13-14
    1.2.2 BiFeO_3的磁学性质  14-15
    1.2.3 BiFeO_3的铁电性  15
    1.2.4 磁电效应  15-16
    1.2.5 掺杂改性  16-17
  1.3 选题思路和主要工作  17-18
    1.3.1 选题思路  17
    1.3.2 主要研究工作  17-18
2 样品的制备方法及性能表征  18-25
  2.1 陶瓷粉体的制备方法  18-20
  2.2 样品的制备  20-21
    2.2.1 样品制备方法  20
    2.2.2 样品制备过程  20-21
  2.3 样品性能的表征方法  21-25
    2.3.1 晶体结构的测量—X射线衍射  21-22
    2.3.2 形貌表征—扫描电子显微镜  22-23
    2.3.3 基本磁性测量—振动样品磁强计  23-25
3 实验部分  25-45
  3.1 Bi_(1-x)La_xFeO_3的制备和性能研究  25-32
    3.1.1 掺杂量对Bi_(1-x)La_xFeO_3物相和显微结构的影响  25-28
    3.1.2 烧结温度对Bi_(1-x)La_xFeO_3物相和显微结构的影响  28-30
    3.1.3 烧结时间对Bi_(1-x)La_xFeO_3物相和显微结构的影响  30-31
    3.1.4 Bi_(1-x)La_xFeO_3系列样品的磁性研究  31-32
  3.2 Bi_(1-x)Pb_xFeO_3的制备和性能研究  32-39
    3.2.1 掺杂量对Bi_(1-x)Pb_xFeO_3物相和显微结构的影响  33-35
    3.2.2 烧结温度对Bi_(1-x)Pb_xFeO_3物相和显微结构的影响  35-36
    3.2.3 烧结时间对Bi_(1-x)Pb_xFeO_3物相和显微结构的影响  36-37
    3.2.4 Bi_(1-x)Pb_xFeO_3系列样品的磁性研究  37-39
  3.3 Bi_(0.9-x)Pb_xLa_(0.1)FeO_3的制备和性能研究  39-43
    3.3.1 Bi_(0.9-x)Pb_xLa_(0.1)FeO_3系列样品的相结构  39-41
    3.3.2 Bi_(0.9-x)Pb_xLa_(0.1)FeO_3系列样品的显微结构  41
    3.3.3 Bi_(0.9-x)Pb_xLa_(0.1)FeO_3系列样品的磁性能  41-43
  3.4 Bi_(0.85)La_(0.15)FeO_3,Bi_(0.7)Pb_(0.3)FeO_3和Bi_(0.7)Pb_(0.2)La_(0.1)FeO_3磁性能的比较  43-45
4 结论  45-46
参考文献  46-52
致谢  52-53
攻读学位期间科研成果  53

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