镧掺杂铁酸铋陶瓷的性能研究(3)
1.2.2 BiFeO3陶瓷的研究现状对于单相 BiFeO3陶瓷材料，应用过程中有以下几点不足，如剩余极化小、矫顽场大、漏电流大、铁电可靠性差等，这些缺点很大程度的限制了单相 BiFeO3陶瓷的应用。漏电流大主要原因是由于BiFeO3陶瓷中的铁离子价态不稳定，从三价铁离子变为二价铁离子，进而致使 Fe2+与 Fe3+的交换作用。
到目前为止，有许多科研工作者仍致力于克服漏电流过大所带来的缺陷，现如今对于 BiFeO3的研究主要集中在陶瓷、掺杂改性、薄膜、复合材料等方面[9]。由于铁酸铋中的 Bi离子易挥发，Fe 离子易变价，Bi2O3-Fe2O3相图复杂，块体BiFeO3陶瓷中常有 Bi2Fe4O9，Bi36Fe2O57等杂质的产生等这些难点的存在，因此制备纯相 BiFeO3陶瓷难度很大[10]。 然而在 BiFeO3中进行金属掺杂之后更容易得到纯净的 BiFeO3陶瓷，没有掺杂稀土元素的 BiFeO3陶瓷，在 800°C 到 950°C的烧结范围之间都有杂相产生，掺杂稀土元素的 BiFeO3陶瓷，掺杂量越大，杂相消失的烧结温度越低，微观形貌更加致密，晶粒尺寸和晶格常数开始减小；经过电学性能的测试后发现， 陶瓷的介电损耗与相应的其他文献报道的数据相比明显小很多。通过掺杂改性的方法，可有效抑制 BiFeO3陶瓷的漏电流，同时降低介电损耗[11]。A 位掺杂不同的稀土元素后将会有效的抑制氧空位的产生，进而大大强化铁酸铋材料的铁电极化作用，同时还能增大饱和磁化强度，使磁性增强。但人们研究发现室温下很难获得饱和电滞回线， 这还是与铁酸铋中含有较大的漏电流有关[12]。目前为止人们关于 BiFeO3材料进行了大量分析。例如在 1970 年，Teague等人就发现 BiFeO3块体存在自发极化的现象），因此确定铁酸铋材料拥有铁电性。后来在 2004年，Y.P.Wang 通过快速液相烧结法制备出 BiFeO3陶瓷，并成功测量出它的饱和的电滞回线，当电场强度为 150KV/cm 时饱和极化强度达到16.6µC/cm2，而此时漏电流却仅仅是 10-6~10-7这样的数量级。然而这样的极化值在实际应用中还是太小，远远不能满足人们的需求[5]。近些年，由于科学和技术的不断发展、进步，相关的科研人员通过PLD 技术在衬底上生长 BiFeO3的外延薄膜，发现这样一来铁酸铋材料的电性能出现大幅提高，这主要归结于这种制备方法得到的BiFeO3薄膜具有特殊的取向结构 [13]。综上所述，BiFeO3是一种拥有很好的应用前景的单相多铁性材料[14]。然而现实情况是 BiFeO3陶瓷材料性能仍存在缺陷，这严重限制了它的实际应用。这些缺陷主要集中体现在这些方面：首先由于 BiFeO3的螺旋摆线型磁结构，出现弱磁场弱磁性的现象；其次是 BiFeO3材料的制备很容易出现杂质，这将降低铁酸铋的电阻率，并提高漏电流，从而减弱 BiFeO3的铁电性，因此在室温下较难测出相应的电滞回线 [15]。以上这些性能上的缺陷已经严重影响到BiFeO3陶瓷铁电性和多铁性，使其难以在磁电领域和相关器件中大规模应用。
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