Pr掺杂BiFeO3粉体的水热制备方法研究

本文采用Bi(NO3)3·5H2O和Fe(NO3)3·9H2O和Pr(NO3)3.6·H2O为原料,用水热方法制备了不同比例的Pr掺杂的BiFeO3微晶.XRD研究表明在Pr的掺杂比例达到10;时仍然能够获得纯钙钛矿结构的BiFeO3,不同比例Pr掺杂的样品均呈斜方钙钛矿相.扫描电镜研究结果表明BiFeO3粉体的尺度和彤貌通过Pr掺杂得到了调控.磁性测量结果表明:通过Pr掺杂,BiFeO3微粉的磁化曲线饱和性增强,剩余磁化强度增加.红外光谱研究表明BiFeO3具有钙钛矿结构,Pr掺杂导致了品格畸变.     

沉积温度对磁控溅射BiFeO3薄膜结构和性能的影响

应用磁控溅射法在以SrRuO3 (SRO)薄膜为缓冲层的Pt/TiO2/SiO2/Si(001)基片上制备了多晶BiFeO3 (BFO)薄膜,构架了SRO/BFO/SRO异质结电容器.采用X射线衍射、铁电测试仪等研究沉积温度对BFO薄膜结构和性能的影响.X射线衍射图谱显示BFO薄膜为多晶结构.在2.5 kHz测试频率下,500℃生长的BFO薄膜呈现比较饱和的电滞回线,2Pr为145μC/cm2,矫顽场Ec为158 kV/cm,漏电流密度约为2.4×104 A/cm2.漏电机制研究表明,在低电场区,SRO/BFO/SRO电容器满足欧姆导电机制,在高电场区,满足普尔-弗兰克导电机理.实验发现:SRO/BFO/SRO电容器经过109翻转后仍具有良好的抗疲劳特性.     

Sb2O3掺杂BiFeO3-BaTiO3压电陶瓷的结构及电性能研究

采用传统固相烧结法合成了0.7BiFeO₃-0.3BaTiO₃+x%Sb₂O₃(质量分数)陶瓷(BFO-BTO+xSb, x=0.00~0.20),研究了Sb₂O₃掺杂对BFO-BTO陶瓷的晶相结构、介电、导电以及压电和铁电性能的影响,并对影响机理进行探讨。结果表明:Sb掺杂导致陶瓷的晶体结构由伪立方相向菱形相转化。Sb的B位取代增加了BFO-BTO+xSb陶瓷的铁电弛豫性,降低高温损耗,并使居里温度T_c有所降低。导电特性的研究表明,Sb掺杂改变了$V_O^×$和Fe²⁺的浓度,降低了电导率,但没有改变陶瓷的导电机制,其主要载流子是氧空位。Sb掺杂量x=0.05时,BFO-BTO+xSb陶瓷表现出最佳的综合电性能:d₃₃=213 pC/N,k_p=28.8%,Q_m=38,T_c=520 ℃,P_r =24.7 μC/cm²。     

Eu,Co共掺杂对BiFeO3陶瓷的介电性能、磁性能及磁电耦合效性的影响

采用快速液相烧结法制备Bi1-xEuxFe1-yCoyO3(x=0、0.01、0.05、0.1;y=0、0.01、0.05、0.1)陶瓷样品,研究Eu、Co共掺杂对BiFeO3介电性能、铁磁性和磁电耦合效应的影响.利用X射线衍射仪对晶体结构进行表征,结果表明:所有样品的主衍射峰与纯相BiFeO3相吻合且具有良好的晶体结构.当Co掺杂量大于0.05时,Bi1-xEuxFe1-yCoyO3发生结构相变.当f=1000 Hz时,Bi0.99 Eu0.01Fe0.99 Co0.01O3样品的介电常数是BiFeO3的12倍,而介电损耗最小.磁测量表明:室温下,除了BiFeO3和Bi1-xEuxFe0,99 Co0.01O3以外,所有样品具有较强的铁磁特性.在20kOe磁场作用下,Bi1-xEuxFe1-yCoyO3样品呈现饱和的磁滞回线,Bi0.Eu01Fe0.9Co0.1O3样品的剩余磁化强度(Mr=0.984 emu/g)是BiFeO3的328倍.在外加磁场(0～0.4 kOe)作用下,样品的磁电耦合效应(ME)随着Eu3+和Co3+掺杂量的增加而增大,Bi0.95Eu0.05 Fe0.95Co0.05O3呈现较强的磁电耦合效应,在4.5 kOe磁场的作用下,其ME值已达到4.37;.样品磁性增强的主要是Eu3+的4f电子与Fe3+或Co3+的3d电子自旋相互作用及样品中存在局域的Fe-O-Co磁耦合两者共同作用的结果.     

磁性离子Fe掺杂钛酸钡铁电材料的结构和物性研究

采用高温固相反应法制备了铁掺杂的钛酸钡BaTi1-xFexO3(0.1O≤x≤O.60)样品,研究了其结构、铁电和磁学性质.X射线衍射谱表征了铁掺杂钛酸钡材料的结构,确定了BaTi1-xFexO3样品为四方相结构,晶体结构精修表明掺杂离子的引入使得BaTi1-xFexO3材料的晶体结构在ab面发生了扩张,而沿c轴方向收缩.X射线光电子能谱研究了材料的化学成分和表面化学价态,表明三价和四价铁离子同时存在于晶格中,并取代四价钛离子而形成了BaTi1-xFexO3结构.样品的介电温谱和磁滞回线表明BaTi1-xFexO3材料在室温下同时具有铁电性和铁磁性.随着Fe掺杂量由10;增加至60;,单个铁离子在材料中产生的磁矩由0.70μB增加到1.55μB.通过对样品磁性的分析发现,材料的铁磁性来源于铁离子和氧离子的双交换作用.     

H3BO3添加对MgAl2O4-CaAl4O7-CaAl12O19复合陶瓷的相演变和力学性能的影响

用固相烧结工艺在1300～1600℃温度下制备了MgAl2O4-CaAl4O7-CaAl12O19(MA-CA2-CA6)耐高温复合陶瓷,研究了H3BO3添加对该陶瓷的主相含量、显微结构和力学性能的影响.结果 表明,H3BO3在MA-CA2-CA6复合材料中产生少量的富硼液相,加速了基体中物质互相扩散和转移,促使CA2相通过溶解沉淀机制生成了片状的CA6和硼酸钙液相,并使CA6晶粒由长板片状向短片等轴状演变,提高了材料的力学性能,有效促进了MA-CA2-CA6复合材料显微结构致密化.经1600℃下烧结的样品,当添加H3BO3含量为5wt;时,样品中CA2相含量由58.63;降为7;,而CA6相含量由31.22;增为75.2;,同时样品的显气孔率减少至9.7;,其体积密度增大到3.18 g/cm3,此时MA-CA2-CA6耐高温复合陶瓷显微结构致密,力学性能最佳.     

BiFeO3及Bi2FeCrO6的电子结构和光学特性

采用第一性原理方法计算了铁酸铋及掺铬铁酸铋的电子结构和光学特性等.计算结果表明BiFeO3及Bi2FeCrO6是间接带隙材料,所得到的BiFeO3 和Bi2FeCrO6的带隙Eg = 2.5 eV和Eg=1.7 eV,并讨论了Cr的掺入对能态密度、复介电函数,光学特性参数和Mulliken电荷分布的影响,所得结果对BiFeO3材料掺杂改性的研究具有参考价值.     

KCaZn2(BO3)2F的固相合成、晶体结构及表征

采用高温固相合成了一种新的类Sr2Be2B2O7族化合物KCaZn2(BO3)2F,利用粉末X射线衍射精修其晶体结构.该晶体同KCdZn2(BO3) 2F同构,为三方晶系,空间群为P31c,单胞参数为a=5.03096(5)A,c=15.3940(2)A,Z=2.晶体基本阴离子基元是平面三角形的BO3和四面体的ZnO3F基元,两个基元通过共顶的O原子相连,在ab平面形成二维的十二元环的(Zn3B3O6 F3)∞结构.(Zn3B3O6F3)∞结构通过F原子连接,形成(Zr6B6O12F3)∞双层单元,双层单元之内的两层BO3基元排列方式基本相反.(Zn6B6O12F3)∞双层单元与同它中心对称的另一个(Zn6B6O12F3)∞双层单元在c方向堆垛成三维的结构,K+和Ca2+分别位于(Zn6B6O12F3)∞双层单元的层内和层间空隙处.紫外可见漫反射光谱表明该晶体在400～2500 nm范围具有高的透过率,晶体的紫外截止波长为235 nm.     

多孔BiFeO3薄膜的光伏效应研究

采用溶胶-凝胶法,在不同退火温度下在FTO/玻璃衬底上制备了多孔 BiFeO3薄膜并对薄膜的光伏特性进行了研究.结果表明,在450 ～600℃退火的薄膜,均呈高度(100)择优取向;所有薄膜均为多孔薄膜,450℃、500℃、550℃和600℃退火的薄膜的孔径大小分别为2 μm,2μm,6 μm和lμm.孔隙的出现与加入乙醇胺的量直接相关,同时能够增强对光的吸收.450℃、500℃、550℃和600℃退火的薄膜的光学带隙分别为2.31 eV,2.50 eV,2.51 eV,和2.62 eV,所有光学带隙显著低于通常报道的结果.450℃与500℃退火的BiFeO3薄膜具有较强的光电导效应,而600℃退火的BiFeO3薄膜具有较强的体光伏效应.BiFeO3薄膜中的体光伏效应来自铁电极化产生的内建电场.     

热处理对NiCuZn铁氧体磁性能的影响

利用化学共沉淀法制备了细小均匀的NiCuZn铁氧体前驱体粉体,通过XRD、TG-DSC、激光粒度仪(LPS)、精密阻抗分析仪、振动样品磁强计(VSM)等手段对粉体进行表征.研究前驱体的粒度分布及晶化过程,在不同的预烧温度下样品的磁性能,不同烧结温度的相结构、磁滞回线和磁性能.结果表明:前驱体粒度分布均匀,烧结后可以得到纯相的尖晶石型NiCuZn铁氧体.当预烧温度为500℃,烧结温度为900℃时,样品磁导率μi约为200,品质因数Q约为150,截止频率约为70 MHz.     

镍掺杂铁酸铋薄膜的电磁性能研究

利用溶胶-凝胶工艺在ITO/玻璃衬底上制备了纯相铁酸铋(BiFeO3,BFO)和镍掺杂铁酸铋(BiFe09Ni0.1O3,BFNO)薄膜.X-射线衍射(XRD)测试表明纯相和镍掺杂铁酸铋分别为扭曲钙钛矿结构和四方相结构,具有不同的空间对称性.镍掺杂后(012)衍射峰宽化,峰强变弱,说明晶粒变小,并由原子力显微镜(AFM)测试得到验证.镍掺杂铁酸铋具有更大的介电常数和较小的漏电流.铁电测试仪和振动样品磁强计(VSM)测试结果表明镍的掺入可以迸一步提高铁酸铋的室温铁电性和铁磁性.     

沉积温度对BiFeO3薄膜结构和性能的影响

采用磁控溅射法制备SrRuO3(SRO)薄膜、脉冲激光沉积法制备BiFeO3(BFO),构架了Pt/SRO/BFO/SRO/SrTiO3(001)异质结,采用X射线衍射仪(XRD)、铁电测试仪研究了沉积温度对BFO薄膜结构和性能的影响.研究结果表明,随着温度的升高,BFO(001)和(002)衍射峰强度逐渐增强,BFO(110)和Bi2O3衍射峰强度逐渐减小,不同沉积温度下生长的样品都具有铁电性,在800 kV/cm的电场下,640 ℃下生长的BFO薄膜的剩余极化强度为65 μC/cm2.采用数学拟合的方法研究了Pt/SrRuO3/BiFeO3/SrRuO3/SrTiO3的漏电机理,结果表明BFO薄膜导电机理为普尔-弗兰克导电机理.     

Fe3O4基纳米磁性粉体的调控合成及性能研究

以水合肼为还原剂,分别以FeSO4·7H2O和NiCl2与FeSO4·7H2O摩尔比1∶2的混合物为原料,采用水热法制备出磁性纳米颗粒.利用XRD、TEM、TG等方法分析对样品结构和形貌进行表征,利用振动样品磁强计(VSM)对产物的磁学性质进行研究.分析结果表明:两种反应产物均具为反尖晶石结构,两种产物表面均结合了柠檬酸根离子,但有镍离子参与的反应所得产物粒径更小.磁性分析表明,由于镍离子的加入而使得产物的饱和磁场强度及矫顽力均有所降低.研究结果表明,可以通过调节反应物的配比实现Fe3O4基纳米磁性粉体的形貌以及磁学性能的调控.     

锰锌铁氧体纳米颗粒及其磁性液体的制备与磁性研究

采用化学共沉淀法制备出Mn1-xZnx Fe2O4(x=0.1,0.2,0.3)磁性颗粒,通过X射线衍射(XRD)测试分析了Mn1-xZnxFe2O4(x =0.1,0.2,0.3)颗粒的结构参数及平均粒径,结果表明制备的样品为锰锌铁氧体纳米粒子.用振动样品磁强计(VSM)测量了样品的饱和磁化强度,对应x=0.1,0.2,0.3分别为25.3、44.4、30.7 emu/g.选用Mn0.8Zn0.2FeO4纳米粒子,通过油酸作分散剂,分散到航空煤油中制备出磁性液体样品,研究分析了磁性液体的磁化特性和热磁特性.     

外延铁酸铋薄膜铁电性和反转特性的研究

采用磁控溅射的方法在以SrRuO3 (SRO)为底电极的(001)取向的SrTiO3基片上制备了外延BiFeO3 (BFO)薄膜,并以氧化铟锡(ITO)和金属Pt为上电极构架了ITO/BFO/SRO和Pt/BFO/SRO两种薄膜电容器,研究上电极对外延BFO薄膜铁电性和反转特性的影响.结果表明,两种薄膜电容器均体现了良好的饱和电滞回线,当测试电场为333 kV/cm时,ITO/BFO/SRO和Pt/BFO/SRO两种电容器的剩余极化强度分别为47.6 μC/cm2和56 μC/cm2,矫顽场分别为223 kV/cm和200 kV/cm.此外,两种薄膜电容器都具有良好的保持和抗疲劳特性.通过反转和非反转电流对时间的积分,可以计算出真实的极化强度.当反转电压幅值为17 V时,ITO/BFO/SRO和Pt/BFO/SRO两种电容器电流的反转时间分别为0.48 μs和0.32μs,真实极化强度的计算值约为41μC/cm2和47 μC/cm2,此计算值和铁电净极化强度的测量值符合的很好.     

CoFe2O4纳米颗粒的制备及其磁学性能

采用溶胶凝胶法制备了CoFe2O4纳米颗粒,分别使用聚乙烯醇(PVA)和聚乙二醇(PEG)作为分散、凝胶剂,用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和综合物性测量系统(PPMS)对CoFe2O4纳米颗粒的结构组成及物相、形貌尺寸和磁学性能进行分析研究.对比了两种分散剂制备的CoFe2O4纳米颗粒的磁学性能,并研究了不同量的PEG对CoFe2O4纳米颗粒的磁学性能的影响.结果表明:用PEG制得的CoFe2O4纳米颗粒的饱和磁化强度(143.11 emu/g)比用PVA制备的CoFe2O4纳米颗粒的饱和磁化强度(62.81 emu/g)大很多,其主要原因是Co2+在A位和B位的重新分布;PEG用量不同时,得到的CoFe2O4纳米颗粒尺寸不同,而颗粒尺寸大小又是影响CoFe2O4纳米颗粒的饱和磁化强度的主要因素;用4 gPEG制备的CoFe2O4纳米颗粒的形貌、尺寸和磁学性能最好.     

氟掺杂钛酸钡的电子结构和磁性的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,计算了F掺杂立方相BaTiO3的稳定性、电子结构和磁性.结果表明F掺杂BaTiO3体系结构稳定,掺杂体系的磁耦合作用与F原子间距密切相关.当F原子间距为0.6468nm时具有很强的铁磁耦合作用,其磁性机制可归结为未配对的Ti 3d电子自旋极化,且一个F原子替代产生1.0μB磁矩.当F原子间距为0.4933 nm时为反铁磁耦合,而间距大于0.7511 nm时为顺磁态.由于F掺杂立方相的BaTiO3可以获得比较好的铁磁性而且其稳定性很高,故有望在自旋电子器件方面发挥重要的作用.     

La掺杂BiFeO3薄膜铁电及光学性能研究

利用溶胶-凝胶法分别在Pt/TiO2/SiO2/Si和ITO/玻璃衬底上制备纯相的铁酸铋(BiFeO3)和La掺杂的铁酸铋(Bi1-xLaxFeO3,x=0.05,0.1)薄膜.XRD测试表明BLFO薄膜为纯钙钛矿相,都呈(111)方向的菱形结构,La掺杂可以提高BFO薄膜的结构稳定性.镧掺杂铁酸铋具有更大的剩余极化值和较小的漏电流.此外,随着La成分的增加,薄膜的基本吸收边呈现红移,并通过Tauc公式计算拟合观察到BLFO的光学带隙逐渐减小.结果发现随着La掺杂量(0,5mol;,10mol;)逐渐增大,薄膜的剩余极化值越大,其禁带宽度(Eg)越小.