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强磁性铁酸铋基磁电复合材料的制备及其性能研究

【摘要】:随着科学技术的进步和物联网技术的进一步发展,对器件微型化、集成化的要求越来越高,单一性能的材料很难满足现代化功能器件的要求。为了研制能同时实现多种功能的新型器件,这就需要发展同时具有两种或两种以上功能的新型材料,以研制能同时实现多种功能的新型器件,多铁材料就是其中一种典型的代表材料,多铁材料是一种同时具有铁电性,铁磁性或铁弹性的材料,并且具有极化和磁化的相互作用所产生的磁电耦合效应,是一种兼具铁电材料和铁磁材料优点于一身的新型材料,在设计和研发新型高密度储存器件、自旋电子器件、磁电耦合传感器件等方面都有广泛的应用前景。其中BiFeO_3是一种典型的单相多铁材料,高的居里温度和奈尔温度使得BiFeO_3成为少数在室温下同时具有铁电性和铁磁性的多铁材料之一,但是由于Bi容易挥发导致难以获得纯相的BiFeO_3、漏电流较大导致铁电性难以测量、BiFeO_3特殊的G型反铁磁结构导致宏观尺寸的BiFeO_3在室温下表现出很弱的反铁磁性,这些严重限制了BiFeO_3的实际应用。相比纯相BiFeO_3材料,固溶掺杂以及与强磁性材料复合可显著提高其铁电、介电以及铁磁性。本论文选择La_(0.1)Bi_(0.9)FeO_3-BaTiO_3 (LBFO-BT)为铁电相,CoFe_2O_4(CFO)和NiFe_2O_4 (NFO)为强磁相,采用溶胶-凝胶原位复合法一步制备LBFO和LBFO-BT基磁电复合粉体,将所制备的LBFO-BT基复合粉体采用固相烧结方法烧结获得LBFO-BT基磁电复合陶瓷。采用X射线衍射仪(XRD)与拉曼光谱仪(Raman Spectra)对试样进行物相分析;采用扫描电子显微镜(SEM)对试样的微观形貌进行分析;采用阻抗测试仪对试样的介电性能进行研究;用振动样品磁强计(VSM)对样品磁性能进行分析研究。本论文包括以下实验:(1)采用溶胶-凝胶原位复合法一步制备LBFO/CFO磁电复合粉体和LBFO-BT/CFO磁电复合粉体,研究不同煅烧温度与不同CFO配比对磁电复合粉体物相组成的影响。最终研究了试样的相组成,形貌,磁性能。X射线衍射和拉曼光谱分析表明实验制备了高纯度的LBFO/CFO和LBFO-BT/CFO复合粉体。扫描电子显微镜和能谱分析表明所有试样中两相分布非常均匀。磁性能分析表明LBFO/CFO和LBFO-BT/CFO复合粉体的饱和磁化强度(Ms)和剩余磁化强度(Mr)均随着CFO含量的增加而增大。采用固相烧结法,将所制备的LBFO-BT/CFO磁电复合粉体烧结为LBFO-BT/CFO磁电复合陶瓷。背散射分析表明,LBFO-BT/CFO复合陶瓷物相组成清晰,两相分布均匀、烧结致密。所有LBFO-BT/CFO磁电复合陶瓷的磁滞回线均很光滑,随着CFO含量的增加,所有复合材料的饱和磁化强度以及剩余磁化强度均明显增大;介电性能分析表明随着CFO含量的增加LBFO-BT/CFO磁电复合陶瓷的介电常数有所下降,介电损耗角正切值逐渐增大。(2)采用溶胶-凝胶原位复合法一步制备LBFO/NFO磁电复合粉体和LBFO-BT/NFO磁电复合粉体,研究不同煅烧温度与不同NFO配比对LBFO/NFO磁电复合粉体和LBFO-BT/NFO磁电复合粉体物相组成的影响。最终研究了试样的相组成,形貌,磁性能。X射线衍射和拉曼光谱分析表明实验制备了高纯度的LBFO/NFO和LBFO-BT/NFO复合粉体。扫描电子显微镜和能谱分析表明所有试样中两相分布非常均匀。磁性能分析表明LBFO/NFO和LBFO-BT/NFO复合粉体的饱和磁化强度(Ms)随着NFO增加而增大。采用固相烧结法,将所制备的LBFO-BT/NFO磁电复合粉体烧结为LBFO-BT/NFO磁电复合陶瓷。背散射分析表明,LBFO-BT/NFO复合陶瓷物相组成清晰,两相分布均匀、烧结致密。所有LBFO-BT/NFO磁电复合陶瓷的磁滞回线非常光滑,并且随着NFO含量的增加LBFO-BT/NFO陶瓷的饱和磁化强度明显增大,呈现出典型的软磁特性。介电性能分析表明随着NFO含量的增加LBFO-BT/NFO磁电复合陶瓷低频下的介电常数有所上升,介电损耗角正切值逐渐减小。

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