bifeo3与anbo3aknali固溶体陶瓷的多铁特性及磁电耦合性质研究word格式论文.docx

独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名： 日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本论文属于必威体育官网网址□，在年解密后适用本授权书。不必威体育官网网址□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名日期：年月日日期：年月日摘要随着电子器件集成化程度越来越高，人们期望器件小型化，材料性能的多功能化， 对材料性能的研究已经深入到纳米尺寸。多铁性材料就是一种材料中同时具有两种或 两种以上初级铁性体（如铁磁、铁电、铁旋、铁弹性）的功能材料，其材料中的磁和 电之间存在相互作用，可以通过外加磁场控制电极化或通过外加电场控制磁化，为器 件的设计提供一个新的自由度，从而能够促进微电子器件的多功能化、集成化、微型 化，并为微电子技术和信息技术带来革命性的进步，因而受到广泛的关注和研究。同时，在多铁性材料中，包含了重要的科学内涵，它涉及过渡族金属氧化物，ABO3 钙钛矿结构的强关联体系等，以及自旋序、电荷序、轨道序、量子调控和畴工程学等 多尺度问题，其独特的介电、压电、磁学，以及光学等性能也揭示了丰富的物理内涵， 正成为当前非常热门的前沿研究领域，具有重大的应用价值和研究前景。本文对室温多铁材料 BiFeO3 及其固溶体做了如下几点工作：（1）为了研究 BiFeO3 与其固溶体，我们首先采用 Pechini 法制备了纯相的(Na， K)NbO3 固溶体致密陶瓷，并分别研究了陶瓷的铁电、介电、压电等电学性能，获得 了优异的铁电性能和压电性能，其中样品的剩余电极化强度可以达到 16.9 ?C/cm2，而矫顽力（EC）只有 9.3 kV/cm，压电常数 d33 值可以达到 112 pC/N?1，而介温曲线有明显的转变峰，陶瓷居里温度可以达到 402 ?C。同时，样品的物理特性表现出明显的颗 粒尺寸依赖特性，其居里温度、介电常数、铁电极化、压电常数都随着颗粒尺寸变化 明显，我们讨论了颗粒尺寸对这些物理特性变化规律的本质。（2）我们采用 Pechini 法制备了(1-x)BiFeO3?xNaNbO3(0.10 ?x? 0.25)固溶体纯相 致密陶瓷，研究了该体系的微结构、铁磁、铁电和介电性质。结果显示，x ?0.12 时样 品为单相的六方结构，而当 0.15 ?x? 0.18 时结构向正交结构转变，这期间为六方和正 交混合结构，当 x ?0.20 时，样品表现为正交结构。而在样品中均观察到明显的铁磁 性，其中 x=0.15 样品中铁磁性最强，矫顽力 HC 可达到 4300 Oe，剩余磁化强度有 0.15 emu/g，而铁磁性在 x ?0.20 时逐渐消失，表现出线性磁滞回线。铁电性测量显示，固溶体的铁电性能较单相 BiFeO3 铁电性能增强，在 x=0.15 样品中，矫顽力和极化强度可分别达到 19.1 kV/cm 和 2.37 ?C/cm2。而介电测量显示，固溶体中含有大量的空间 电荷极化，其中 x ?0.12 时最明显，可能由氧空位、Bi 空位引起。我们初步分析讨论 了 BiFeO3?NaNbO3 固溶体中铁磁性的存在和铁电性能增强的起源。（3）我们采用 Pechini 法分别制备了(1-x)BiFeO3?xANbO3(A=K，Li；0.05 ?x? 0.20) 固溶体陶瓷，并研究了这些陶瓷的铁磁、铁电和介电性质。结果显示，该组固溶体中 没有观察到铁磁性，磁滞回线表现为顺磁性或反铁磁性。而铁电性能也较单相陶瓷有 所 BiFeO3 增强；介电性能测量显示，在 x 较小时，固溶体中含有一定的空间电荷极 化。我们同时表征了 BiFeO3?NaNbO3、BiFeO3?KNbO3 两种固溶体的 XPS 性质，发现 BiFeO3?NaNbO3 含有大量的元素变价及其引起的氧空位，而 BiFeO3?KNbO3 中则无元 素变价。我们综合讨论了 BiFeO3?ANbO3(A=K，Na，Li)系列固溶体陶瓷中的铁磁性、 铁电性增强的本质和起源。（ 4 ） 针 对 (Na ， K)NbO3 固 溶 体 陶 瓷 的 优 异 电 学 性 能 ， 我 们 制 备 了 (1?x) BiFeO3?xNa0.5K0.5NbO3 (0.06 ?x? 0.1