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Bi位掺杂BiFeO3陶瓷的制备与表征(6)

时间:2017-04-27 13:15来源:毕业论文
虽然BiFeO3具有很高的居里温度(铁电TC~1103K,反铁磁TN~643K),但是它的电极化不大,具有空间调制螺旋G型反铁磁结构,只有很小的二级磁电耦合效应。B


虽然BiFeO3具有很高的居里温度(铁电TC~1103K,反铁磁TN~643K),但是它的电极化不大,具有空间调制螺旋G型反铁磁结构,只有很小的二级磁电耦合效应。BiFeO3为基础的系列样品要实现良好的磁电性能,必须改变BiFeO3的晶格。通过衬底或者外加磁场等施加外应力、氧空位等缺陷或者离子掺杂施加内应力都可以改变ABO3晶格,从而获得良好的磁电性能。BiFeO3的A位或B位掺杂样品,制备工艺简单成本低,因此掺杂样品具有更广泛的应用价值。
A位掺杂:选择A位掺杂元素时,首先应保证元素为+3价,并排除放射性元素及锕系后的不稳定和放射性元素,只有稀土元素La,、Nd、Ce、Dy、Tb、Gd、Eu、Sm、Pr、Lu符合。RFeO3 (R为稀土元素)一般为正交结构,所以这些元素的掺杂能有效地调制铁酸铋的结构。
   B位掺杂:Fe的电负性为1.83,Fe3+半径为64.5pm,组态为3d6 4s2。可以用于掺杂的+3价元素如表1-1所示。
表1-1 B位掺杂元素的选择比较[35]
元素    正三价离子半径(pm)    电负性差    常见价态    组态    离子偏离率(%)
Ga(31)    62    -0.02    +3    4s2 4p1    -3.9
Mn(25)    64.5    0.28    +1,+2,+3,+4,+6,+7    3d5 4s2    0
Cr(24)    62    -0.17    +2,+3,+6    3d5 4s1    -3.9
Ti(22)    67    -0.29    +2,+3,+4    3d2 4s2    3.9
Co(27)    61    0.05    +2,+3    3d7 4s2    -5.4
Ni(28)    60    0.07    +2,+3    3d8 4s2    -7.0
Nb(41)    70    -0.23    +2,+3,+5    4d4 5s1    8.5
V(23)    64    -0.20    +2,+3,+4,+5    3d3 4s2    -0.8
Ta(73)    67    -0.33    +3,+5    5d3 6s2    3.9
Mo(42)    67    0.33    +2,+3,+6    4d5 5s1    3.9
Ru(44)    70    0.39    +2,+3,+4,+5    4d7 5s1    8.5

对B位进行掺杂,可有效地提高磁性能,因为B-O-B键角几乎为180°,B位离子可以通过氧离子与Fe3+进行较强的交换作用,并且掺入的元素离子会打破磁结构的周期性,从而抑制或者破坏磁螺旋结构,以致于实现磁性的提高。从表1可以看出,Co和Ni与Fe的电负性差最小;Mn和V的离子半径与Fe最相近;Mn、Cr、Co、V、Ti、Ni都有利于提高BiFeO3的磁性能,并且也能调制铁酸铋的结构。
其他掺杂方式:有时为了同时实现铁磁性能和铁电性能的提高,需要A位、B位多掺或者A-B位双掺。
1.4  本文研究的内容和意义
本文在引言一章中系统地阐述了铁电体的定义、性能特征及应用,并介绍了铁酸铋作为性能卓越的铁电材料,根据现阶段研究提供的文献数据辩证分析其优势与不足,引入掺杂改性的概念,解释了掺杂改性之所以对铁酸铋基陶瓷意义重大的原因。在实验制备与测试一章中详细介绍了样品制备工艺与测试系统,采用快速升温液相烧结的方法制备出Bi1-xDyxFeO3系列陶瓷样品。在实验结果与分析一章中,分析XRD,Raman光谱数据以判断样品的晶体结构与相变组分点;分析室温d33值、高温退火d33值和相对介电常数以判断相变组分点和压电性的变化趋势;分析电滞回线以其饱和极化强度;最后针对长期实验中发现的快烧BiFeO3的自极化现象建立模型做出解释。 Bi位掺杂BiFeO3陶瓷的制备与表征(6):http://www.youerw.com/cailiao/lunwen_5847.html
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