ba1xbixti1ymnyo3和bi5xlaxti3fe1ycoyo15多铁陶瓷的磁性 铁电性以及介电性的研究word格式论文.docx

摘要具有两种或者两种以上的铁性性质的材料被称为多铁材料，其中铁性包括铁磁 性、铁电性和铁弹性。多铁材料可能具有的磁电耦合效应有希望通过外加磁场来控 制电荷或者通过外加电场来控制自旋。这种行为在设计多功能器件上具有非常诱人 的应用前景，它为传统的传感器、激励器、存储器件提供了一个额外的自由度。例 如，目前常用的存储材料有磁存储器和铁电存储器，磁存储器采用磁写磁读，其读 取速度快但是写入慢，而铁电存储器采用电写电读，读取复杂而写入快，如果使用 磁电耦合材料为记录介质，做成电写磁读，则可能同时实现超高速率的读写过程。 此外，磁电材料还有可能应用在多态记忆元，电场控制的磁共振装置、磁场控制的 压电传感器、电场控制的压磁传感器、磁力成像技术和检测，磁场屏蔽等各种领域 中。因此对于多铁材料的研究，不仅在理论上具有重要的意义，同时在技术和应用 层面上有着广阔的应用前景。本文对单相多铁材料的研究做了以下几个方面的工作：（1）使用溶胶凝胶法制备了Bi，Mn 共掺杂BaTiO3 名义组分为Ba1-xBixTi1-yMny O3 （0≤y≤0.08）块材样品，成功的在不破坏铁电性的情况下，在纯的铁电体BaTiO3 中引入了铁磁性，形成了一个单相多铁体系。并对Bi和Mn掺杂浓度对样品磁性的影 响进行了研究。研究表明，固定Mn掺杂量的样品，Bi离子的掺杂组分增加，样品的 磁性增加；固定Bi的掺杂量，在Mn的掺杂量较低时（x≤0.04），样品的铁磁性较为 明显。对于样品室温铁磁性的起因，我们采用晶界缺陷诱导的束缚磁极化子理论来 进行解释。（2）研究了 Ba1-xBixTi1-yMnyO3 （0≤y≤0.08）块材样品的介电性质和铁电性质。 它们的介电转变峰 Tm 均在室温以上，具有弛豫铁电性；随着 Mn 掺杂组分的增加介 电常数峰值向高温移动，样品的介电损耗增大。所有的样品都具有铁电性；对于 Bi 掺杂量为 0.07 和 0.1 的样品，当 Mn 的掺杂量从 0 增加到 0.02 时矫顽力和剩余极化 先减小，此后随着 Mn 的掺杂量的增加，矫顽力和剩余极化又单调增加。分析认为 以上结果均是由于 Bi 和 Mn 掺杂导致的结构变化以及氧空位浓度的变化两者共同作用所造成的。（3）使用溶胶凝胶法制备了名义组分为 Bi5-xLaxTi3Fe0.5Co0.5O15（0≤x≤0.4）的陶 瓷块材。研究了烧结温度和掺杂组分对体系磁性的影响。在不掺 La 的情况下，不同 烧结温度时，Bi5Ti3Fe0.5Co0.5O15 体系在室温下都表现出弱铁磁性；随着烧结温度的 升高，1000Oe 下的样品的 ZFC 和 FC 开始出现多个交叉点，以最高温度 1000°C 烧 结的样品最为明显；掺 La 以后样品室温的磁化强度有所增强，ZFC 和 FC 并没有出 现异常的行为。这种现象认为是两种相互作用竞争作用的结果。从后面的研究可以 知道，这两种相互作用分别是单离子各向异性和反对称的 DM 相互作用。（4）研究了烧结温度和La掺杂浓度对Bi5-xLaxTi3Fe0.5Co0.5O15体系的介电性以及 铁电性的影响。所有的样品的介电常数和介电损耗都是随着频率的增加而减小；烧 结温度增加介电性变差，剩余极化和矫顽力先增大后减小；La掺杂使得介电性增强， 电滞回线矫顽力减小；对于烧结温度为850°C的样品，其剩余极化随着La掺杂量的增 加而增加，而对于烧结温度为1000°C的样品，剩余极化随着La掺杂量的增加而减少。 介电性能主要是受氧空位浓度的影响，铁电性的变化规律就是颗粒尺寸效应和Bi挥 发两种效应竞争的结果。（5）在 Bi5Co0.5Fe0.5Ti3O15 材料体系发现了负磁化现象，研究了烧结温度、外加 场大小以及 B 位掺杂量的变化对 Bi5CoyFe1-yTi3O15（0.4≤y≤0.6）材料体系的负磁化现 象的影响。烧结温度达到 900°C 样品开始出现负磁化效应，并且烧结温度越高，负 磁化的绝对值越大。对于 1000°C 烧结的样品，随着外加场的增加，负磁化的补偿温 度向低温移动，当外加场足够大时，负磁化现象消失；随着 Co 掺杂量的增加，补偿 温度向高温移动。结合前面的研究结果以及相关文献报道，我们认为负磁化行为是 反对称的 DM 相互作用与单离子各向异性的相互竞争造成的，而 Bi 挥发导致的晶格 畸变增大是这两种作用可以达到相互竞争程度的诱因。关键词：多铁磁电耦合束缚磁极化子负磁化AbstractSuch materials, which combine two or more “ferroic” properties in the same phase, are known as multiferroics. These materials may exhibit