元素摻雜對BiFeO3陶瓷鐵電和鐵磁性能的影響研究.pdf

1、隨著信息技術(shù)的不斷迅猛發(fā)展,人們急需多功能化的信息儲存器。其中BiFeO3(ABO3)是典型的多鐵材料,因其在室溫時可同時具有鐵電、鐵磁等特性而備受關(guān)注。但是,BiFeO3的成相溫區(qū)很窄,在制備過程中很容易形成雜相,嚴重限制了材料的性能。而元素摻雜的方式可以很好地解決這一難題。本文采用改良的固相反應法分別制備了A位(La元素)替代和B位(Ru、Mg元素)替代的陶瓷樣品并對其多鐵行為進行了系統(tǒng)的研究。
　　本工作中,我們首先制備了退

2、火溫度范圍為840℃~900℃的Bi0.9La0.1FeO3陶瓷樣品。通過對X射線衍射數(shù)據(jù)進行分析,我們發(fā)現(xiàn)樣品為菱形鈣鈦礦結(jié)構(gòu),空間群是R3c;另外,與其他退火溫度下樣品的多鐵特性相比較,880℃退火樣品的漏電流數(shù)值最小,并且測得了最大飽和極化強度值。所以,選取880℃作為摻雜10％La的BiFeO3樣品的最佳退火溫度。此外,我們在逐漸增大施加電壓以觀測樣品的漏電流特性時,發(fā)現(xiàn)880℃退火的樣品表現(xiàn)出翻轉(zhuǎn)二極管的行為。經(jīng)分析,此現(xiàn)象是

3、由于樣品內(nèi)部氧空位分布不均勻,從而形成的p-n結(jié)結(jié)構(gòu)引起的。接著,我們觀測到了880℃退火樣品呈現(xiàn)出“蝶形”的應力—電壓曲線,其相應的最大壓應力數(shù)值為0.09%。最后,我們測定了不同退火溫度下的樣品在室溫時的磁滯回線。實驗結(jié)果表明,La元素摻雜可以很好的抑制BiFeO3本身所固有的螺旋調(diào)制結(jié)構(gòu),從而釋放出凈磁矩。
　　在此基礎上,我們選擇以La0.1Bi0.9FeO3為基體,制備了摻雜1%~3%B位(Ru、Mg)元素的塊體陶瓷樣品

4、,研究了B位元素摻雜對材料性能的影響。我們發(fā)現(xiàn),隨著Ru元素摻雜量的增加,樣品的結(jié)構(gòu)開始由菱形向偽立方結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,其中,1%Ru摻雜的樣品處于變晶相界,并且該樣品的介電特性在所研究的整個頻率范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。另外,根據(jù)所測得的XPS結(jié)果,發(fā)現(xiàn)1%Ru摻雜的樣品中的氧空位數(shù)目是最少的。樣品鐵磁性能的提高則是摻Ru使樣品中Fe3+增大,這有利于樣品凈磁矩的增大。另外,摻雜Ru元素會形成局部的亞鐵磁結(jié)構(gòu),從而使樣品的鐵磁性進一步提高。當在B位摻雜