Ca替代對(duì)BiFeO3陶瓷材料磁、介電以及薄膜光學(xué)特性的影響.pdf

1、本論文研究了Ca2+摻雜對(duì)鐵磁電材料BiFeO3結(jié)構(gòu)、磁學(xué)性質(zhì)、磁電耦合效應(yīng)的影響，以及Ca2+摻雜BiFeO3薄膜的結(jié)構(gòu)和光譜特性的影響。采用溶膠凝膠法成功制備了Bi1-xCaxFeO3系列陶瓷樣品和薄膜樣品，利用XRD物相分析評(píng)價(jià)樣品的生長(zhǎng)情況以及樣品結(jié)構(gòu)變化;利用SEM觀察樣品的表面形貌;用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(vibrating-samplemagnetometer，VSM)測(cè)量樣品的磁學(xué)性質(zhì):用HP4294A型精密阻抗分析儀測(cè)量樣品

2、相對(duì)介電常數(shù)(εr)隨磁場(chǎng)的變化關(guān)系，進(jìn)一步研究樣品的磁電耦合效應(yīng);利用UV3600紫外-可見光-近紅外分光光度計(jì)測(cè)量薄膜的透射率隨光照波長(zhǎng)的變化，并在此基礎(chǔ)上研究了Ca2+摻雜對(duì)薄膜樣品禁帶寬度的影響。對(duì)陶瓷樣品的研究結(jié)果表明:所有樣品具有良好的晶體結(jié)構(gòu)，晶粒尺寸隨著Ca2+的引入而整體變小，在室溫下均具有完整的磁滯回線，樣品的鐵磁性顯著提高，當(dāng)x=0.1時(shí)，剩余磁化強(qiáng)度達(dá)到最大（0.11emu/g）。在外加磁場(chǎng)為5000Oe時(shí)，磁矩

3、隨溫度(300K-900K)變化測(cè)量顯示Bil-xCaxFeO3系列樣品在644K附近出現(xiàn)明顯的反鐵磁相變，并且反鐵磁相變溫度TN隨著摻雜量的增加而升高。順磁相變溫度TP以及TN和TP處磁矩的差值隨Ca2+的變化都呈現(xiàn)出先上升，在x=0.1時(shí)達(dá)到最大值，之后又降低的趨勢(shì)。另外樣品在850K處磁矩出現(xiàn)一個(gè)明顯變化，并且這個(gè)變化的強(qiáng)度隨Ca2+摻雜量而改變，這種現(xiàn)象少見報(bào)道。不同磁場(chǎng)下樣品磁矩隨溫度變化曲線表明Bi1-xCaxFeO3陶瓷樣

4、品存在變磁性，且當(dāng)x=0.1時(shí)變磁性最為明顯。外加磁場(chǎng)為1000Oe下，低溫(50K-300K)ZFC和FC測(cè)量顯示所有陶瓷樣品表現(xiàn)出自旋玻璃態(tài)的特性。磁電耦合效應(yīng)觀測(cè)到樣品的磁電耦合系數(shù)(MD)為負(fù)值，介電常數(shù)隨外磁場(chǎng)變化靈敏，x=0.1時(shí)磁電耦合效應(yīng)達(dá)到-14.2％，是純相BiFeO3(-5％)的近3倍，這表明適量的Ca2+摻雜能夠增強(qiáng)樣品的磁電耦合性能。薄膜樣品XRD分析表明結(jié)晶良好，未出現(xiàn)雜相。Ca2+摻雜使得BiFeO3的晶格