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BiTiFeO陶瓷B位复合离子掺杂电学、光学
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性能研究
摘要
如今，随着科学技术的迅速发展，对高性能和低功耗复合器件的需求越来越迫切，
而探索环境友好型多功能材料是促进科技发展的重要手段，因此铋系层状钙钛矿材料
受到了科研工作者的广泛关注。铋系层状钙钛矿属于多铁材料，是一种新型多功能材
料，由于具备较高的居里温度、抗疲劳性、材料稳定、环境友好等特性，在高速信息
存储、电子器件以及传感器等方面有巨大的应用潜力。但是由于其材料本身的氧空位
影响和室温下磁性较弱的特点，想要获得更广泛的应用还需对其加以改进。
BiTiFeO(BTFO)是其中一种典型的层状铋系多铁材料，目前对铋系层状钙钛矿材料
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研究内容比较多，但是对复合离子掺杂以及光学特性方面的研究还有所欠缺。本文的
主要工作是通过复合离子在铋系四层钙钛矿的B位进行掺杂改性研究，分析研究掺杂
后材料的微观结构、铁电、介电、压电等电学性能以及相应的光学性能。具体内容如
下：
1.通过传统固相法制备出随机取向的BiTi(MnNb)FeO(BTMNF-x,x=0,0.02,
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0.04,0.06,0.08,0.1)样品，研究掺杂对其结构和性能的影响。X射线衍射表明样品的衍
射峰和标准卡片对应较好，说明掺杂没有改变晶体的结构，制备出了没有杂质的陶瓷
样品，拉曼光谱显示出复合离子成功掺杂到了B位，引起了晶格畸变。扫描电子显微
镜图像表明陶瓷样品致密度较好，由非均匀片状晶粒构成，符合典型Aurivillius结构的
特征。通过介电性能分析发现，掺杂后样品的介电损耗和介电常数值下降，激活能增
加，对于频率的稳定性也有所提升，增强了样品的介电性能。铁电性能随掺杂量的改
变没有明显的变化规律，但是掺杂后降低了陶瓷样品的漏电流，阻抗值对应增加，这
极大的提升了压电性能。此外掺杂降低了样品的带隙值，这对研究铁电光伏特性，提
高能量转换效率提供了参考。
2.通过传统固相法制备出随机取向的BiTi(CoNb)FeO(BTCNF-x,x=0,0.02,
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0.04,0.06,0.08,0.1)样品，研究掺杂对铁磁性、电学和光学性能的影响。首先通过X射
线衍射和拉曼光谱证明了掺杂没有改变四层钙钛矿结构，扫描电子显微镜显示了样品
具有Aurivillius氧化物特点的非均匀片状晶粒，并随着掺杂含量的增加尺寸逐渐减小。
介电测试证明了掺杂后样品的电学性能提升，导电率减小，并分析了相关的导电机制。
由于掺杂后晶粒减小，铁电性能受到抑制，但是漏电流密度随掺杂含量的增加逐渐减
小，压电性能有一定的提升。由于磁性离子的取代，掺杂后样品的磁化强度有所改善，
但是因为掺杂含量很低，磁性提升不明显。
【关键词】：铋系层状钙钛矿；多铁材料；电学性能；光学性能
Studyontheelectricalandopticalpropertiesof
B-sitecompositeiondopingofBiTiFeO
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ceramics
Abstract
Nowadays,withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,thedemandforhigh-
performanceandlow-powercompos
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