Ho and Ti co-doped BiFeO_3 multiferroic ceramics with enhanced magnetization and ultrahigh electrical resistivity

Bi0.9Ho0.1Fe0.95O3 and Bi0.9Ho0.1Fe0.9Ti0.05O3 ceramics were prepared and compared to reveal the effects of Ho and Ti codoping in BiFeO3. X-ray diffraction indicated that both ceramics had a high rhombohedral perovskite phase content, and microstructural analyses showed that the grains of the Bi0.9Ho0.1Fe0.9Ti0.05O3 ceramics were much smaller than those of Bi0.9Ho0.1Fe0.95O3. An electrical resistivity of more than 1 × 1014?·cm at room temperature, and a magnetic hysteresis loop with a remnant magnetization 2Mr of ～ 0.485 emu/g were obtained for Bi0.9Ho0.1Fe0.9Ti0.05O3; both were much higher than those of Bi0.9Ho0.1Fe0.95O3. Changes in the defect subsystem of BiFeO3 induced by Fe-deficiency and(Ho,Ti) codoping are proposed as being responsible for the improvement in the properties.     

稀土元素Gd掺杂BiFeO3的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的局域自旋密度近似加U法（LSDA+U:Hubbard参数）计算了多铁材料BiFeO3铁电相以及稀土元素Gd掺杂BiFeO3材料的能带结构、态密度（DOS）、原子轨道占据数和净电荷分布等,对稀土元素Gd掺杂BiFeO3可能引起的电子结构、介电常数和铁磁性的改变进行了第一性原理研究。计算结果表明：Gd掺杂对材料钙钛矿结构影响不大,BiFeO3铁电性主要来源于Fe原子3d轨道和O原子2p轨道杂化;掺杂Gd后材料中的Fe原子和O原子的共价性减弱,Bi原子和O原子的离子性增强,禁带宽度变窄,绝缘性减弱,铁磁性明显增强;计算得到的光学性质表明材料的静态介电常数有所增加。     

稀土元素Gd掺杂BiFeO3的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的局域自旋密度近似加U法（LSDA+U:Hubbard参数）计算了多铁材料BiFeO3铁电相以及稀土元素Gd掺杂BiFeO3材料的能带结构、态密度（DOS）、原子轨道占据数和净电荷分布等,对稀土元素Gd掺杂BiFeO3可能引起的电子结构、介电常数和铁磁性的改变进行了第一性原理研究。计算结果表明：Gd掺杂对材料钙钛矿结构影响不大,BiFeO3铁电性主要来源于Fe原子3d轨道和O原子2p轨道杂化;掺杂Gd后材料中的Fe原子和O原子的共价性减弱,Bi原子和O原子的离子性增强,禁带宽度变窄,绝缘性减弱,铁磁性明显增强;计算得到的光学性质表明材料的静态介电常数有所增加。     

Gd掺杂的多铁性陶瓷BiFeO3结构与磁性能研究

通过固相反应法制备了Bi1-xGdxFeO3多铁性陶瓷,XRD图谱表明,随着掺杂量的增大其由三角钙钛矿结构转变为正交钙钛矿结构,Raman图谱研究亦表明Gd掺杂可能引起了其结构的转变;且随着Gd掺杂量的增大,样品的矫顽力、剩磁与饱和磁化强度都大大提高,说明Bi1-xGdxFeO3陶瓷的铁磁性在不断增强,这可能是由于Gd...     

(Bi, La)4Ti3O12-Sr(Bi, La)4Ti4O15共生结构铁电材料性能研究

采用固相烧结工艺,制备了不同La掺杂量(x=0.00,0.25,0.50,0.75,1.00,1.25和1.50)的(Bi, La)4Ti3O12-Sr(Bi, La)4Ti4O15 (SrBi8-xLaxTi7O27)共生结构铁电陶瓷样品.用x射线衍射对其进行微结构分析,并测量铁电、介电性能.结果发现,La掺杂未改变Bi4Ti3O12-SrBi4Ti4O15共生结构铁电材料的晶体结构.随掺杂量的增加,样品的矫顽场(Ec)略有增加,剩余极化(2Pr)先增大,后减小.在x＝0.50时,2Pr达到极大值,为25.6 μC*cm-2,与Bi4Ti3O12-SrBi4Ti4O15相比,2Pr增加了近60%,而Ec仅增加约10%.随La掺杂量的增加,样品的居里温度TC逐渐降低,x＝0.50时,TC=556 ℃.在x=1.50时,样品出现弛豫铁电体的典型特征.     

Y1-xRxBa2Cu3O7-δ体系R=Eu、Gd)的正电子寿命和超导性研究

本文报道了对Y1-xRxBa2Cu3O7-δ(R=Eu、Gd)两个系列样品的超导电性研究结果.首先,发现随着Eu、Gd掺杂量x的增加,Y1-x〗EuxBa2Cu3O7-δ和Y1-xGdxBa2Cu3O7-δ的晶胞体积均随之增大,但所有样品均保持与Y-123样品相同的单相正交结构;正电子平均寿命实验结果表明Cu-O链处局域电子密度ne随Eu、Gd掺杂浓度x的增加而减小,说明Eu、Gd对Y位的替代引起晶胞结构参量的变化不仅改变了Y位的电子密度,同时也影响了Cu-O链周围的电子密度分布;超导转变温度T\-c随Eu、Gd掺杂浓度x增加而略有增加,反映了Eu、Gd掺杂虽然改变了体系的局域电子结构,但没有破坏超导所需的Cu-O链与CuO2面之间的耦合;Y位掺杂体系的超导电性与掺杂离子的磁性无关,而与掺杂离子的半径有关.     

Ho and Ti co-doped BiFe03 multiferroic ceramics with enhanced magnetization and ultrahigh electrical resistivity

Bio.9HOo.lFeo.9503 and Bio.9HOo.lFeo.9Tio.0503 ceramics were prepared and compared to reveal the effects of Ho and Ti codoping in BiFeO3. X-ray diffraction indicated that both ceramics had a high rhombohedral perovskite phase content, and microstructural analyses showed that the grains of the Bio.9HOo.lFeo.9Tio.0503 ceramics were much smaller than those of Bio.9HOo.lFeo.9503. An electrical resistivity of more than 1 × 1014.cm at room temperature, and a magnetic hysteresis loop with a remnant magnetization 2Mr of 0.485 emu/g were obtained for Bi0.9HO0.1Fe0.9Ti0.0503; both were much higher than those of Bio.9Hoo.1Feo.9503. Changes in the defect subsystem of BiFeO3 induced by Fe-deficiency and （Ho,Ti） codoping are proposed as being responsible for the improvement in the properties.     

基于紫外或蓝光LED激发的Eu3+和Bi3+共掺杂LaMgB5O10红色荧光粉

采用固相法合成了Eu3+和Bi3共掺杂的LaMgB5O10红色荧光粉,在紫外或蓝光激发下,样品的红光强度随着Bi2O3的增加而增强.利用X射线衍射对样品的结构进行了分析,结果表明,掺入Bi2O3后,样品的结晶度更好.根据Judd-Ofelt理论计算,得到样品的内量子效率不随掺杂剂的改变而变化,约为43％.在394nm激...     

高色纯度白光LED用蓝光材料Gd2MgTiO6∶Bi^3+的合成及性能

采用高温固相法合成了一系列蓝光荧光粉Gd2-xMgTiO6∶xBi3+(0.0025≤x≤0.015),并对样品的表面形貌、晶体结构、发光性能和热稳定性进行了探究。SEM测试结果显示,样品Gd2MgTiO6∶Bi3+的粒径分布范围大,颗粒尺寸在1~5μm范围。XRD测试表明,Bi3+成功掺杂进入基质Gd2MgTiO6中且无杂相产生。荧光光谱测试结果表明,在375 nm波长激发下,蓝光荧光粉Gd2MgTiO6∶Bi3+于385~500 nm波长范围内呈现出属于Bi3+的1S0→3P1能级跃迁的窄带发射峰,且发射强度最大处位于418 nm,这有利于避免光的重吸收现象。不同掺杂浓度下样品的发射光谱研究表明,最佳Bi3+掺杂浓度为x=0.0075。此外,发光强度最佳的蓝光样品Gd1.9925MgTiO6∶0.0075Bi3+的CIE坐标为(0.1629,0.0364),位于蓝光区域,色纯度高达96.42%,平均荧光寿命高达11.29 ms。样品的热稳定性高于文献报道的同类样品。这些均说明该样品是一种发光性能和热稳定性能良好的W-LEDs用蓝光组分。     

La掺杂对Bi4Ti3O12薄膜铁电性能的影响

利用Sol-Gel法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备出Bi4Ti3O12和Bi3.25La0.75Ti3O12薄膜,研究了La掺杂对Bi4Ti3O12薄膜的晶体结构、铁电性能和疲劳特性的影响,发现La掺杂没有改变Bi4Ti3O12薄膜的基本晶体结构,并且提高了Bi4Ti3O12铁电薄膜的剩余极化值和抗疲劳性能,对La掺杂改善Bi4Ti3O12铁电薄膜性能的机理进行了讨论.     

尖晶石铁氧体TixNi1-xFe2O4中阳离子分布和Ti离子磁矩的实验研究

采用固相反应法制备了系列样品Ti_xNi_1-xFe₂O₄ (x=0.0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4). 室温下的X射线衍射谱表明样品全部为(A)[B]₂O₄型单相立方尖晶石结构, 属于空间群Fd3m. 样品的晶格常数随Ti掺杂量的增加而增大. 样品在10 K温度下的比饱和磁化强度σ_S随着Ti掺杂量x的增加逐渐减小. 研究发现, 当Ti掺杂量x≥ 0.2时, 磁化强度σ随温度T的变化曲线出现两个转变温度T_L和T_N. 当温度低于T_N时, 磁化强度明显减小; 当温度达到T_N时, dσ/dT具有最大值. σ-T曲线的这些特征表明, 由于Ti掺杂在样品中出现了附加的反铁磁结构. 这说明样品中的Ti离子不是无磁性的+4价离子, 而是以+2和+3价态存在, 其离子磁矩的方向与Fe和Ni离子的磁矩方向相反. 利用本课题组提出的量子力学方势垒模型拟合样品在10 K温度下的磁矩, 得到了Ti, Fe和Ni三种阳离子在(A)位和[B]位的分布情况, 并发现在所有掺杂样品中, 80%的Ti离子以+2价态占据尖晶石结构的[B]位.     

硼掺杂拓扑绝缘体Bi2Se3单晶的电输运性质研究

本文首次报道了用自助溶剂法(self-flux)制备优良的硼(B)掺杂硒化铋(Bi2BxSe3-x)样品的探索。实验结果显示掺杂样品中大部分B是以替代Se位方式存在,少量B以插入Bi2Se3晶格或范德瓦尔斯间隙的形式存在。当B的含量逐渐增加时,Bi2Se3的晶格常数c先减小后增加,且样品具有清晰的层状结构。掺杂量x=0.05的样品局部区域出现纳米带结构,同时该样品在低温下出现了明显的金属-绝缘转变现象。Bi2Se3样品电阻率随掺杂含量的增加而增加,表明B掺杂提高了样品表面态对整体电导的贡献,同时纳米带结构也有助于增加表面态的贡献。     

单相Na0.5Bi0.5Ti1-xMnxO3陶瓷中的多铁性

溶胶凝胶法制备了Na0.5Bi0.5Ti1-xMnxO3(x=0,0.02,0.04)陶瓷样品,X射线衍射(XRD)分析表明陶瓷样品均形成了单一的钙钛矿(ABO3)型结构且没有杂质相的形成.随着Mn含量的增加,XRD峰向高角度方向移动,表明Mn离子进入Na0.5Bi0.5TiO3晶格.掺杂样品均表现出室温铁磁性和铁电性.磁测量表明样品中存在复杂的磁相互作用,包括铁磁,反铁磁和顺磁相互作用.以上结果表明,通过Mn的掺杂可以使铁电材料Na0.5Bi0.5TiO3转变为多铁材料.     

Y1-xRxBa2Cu3O7—δ体系（R=Eu、Gd）的正电子寿命和超导性研究

本文报道了对Y1-xRxBa2Cu3O7-δ（R=Eu、Gd）两个系列样品的超导电性研究结果．首先，发现随着Eu、Gd掺杂量x的增加，Y1-x]EuxBa2Cu3O7-δ和Y1-xGdxBa2Cu3O7-δ的晶胞体积均随之增大．但所有样品均保持与Y-123样品相同的单相正交结构；正电子平均寿命实验结果表明Cu—O链处局域电子密度ne随Eu、Gd掺杂浓度x的增加而减小．说明Eu、Gd对Y位的替代引起晶胞结构参量的变化不汉改变了Y位的电子密度．同时也影响了Cu-O链周围的电子密度分布；超导转变温度Tc随Eu、Gd掺杂浓度x增加而略有增加，反映了Eu、Gd掺杂虽然改变了体系的局域电子结构．但没有破坏超导所需的Cu-O链与CuO2面之间的耦合：Y位掺杂体系的超导电性与掺杂离子的磁性无关，而与掺杂离子的半径有关．     

不同La掺杂浓度的BiFeO_3的结构性质的显微拉曼光谱研究

使用显微拉曼散射技术研究不同的La掺杂浓度对BiFeO3(Bi1-xLaxFeO3,x=0,0.1,0.2,0.3,0.6,0.8和1.0)的结构性质的影响。拉曼光谱的变化证明了在Bi1-xLaxFeO3中,随着La含量的增加,其结构从三方相变成正交相。引人注目的是,位于610 cm-1附近的拉曼峰和它的二阶峰依然存在,并且随着La掺杂量的增加发生明显的增强。这一现象与BiFeO3在三方相结构存在的螺旋自旋结构被破坏有关。我们的实验证实了在Bi1-xLaxFeO3材料中存在着强烈的自旋-声子相互作用,这对于理解Bi1-xLaxFeO3材料的结构与物性之间的关系提供有用的信息。     

非化学计量和掺杂对(Na_(1/2)Bi_(1/2))_(0.92)Ba_(0.08)TiO_3陶瓷电性能的影响

研究了非化学计量和掺杂对无铅压电陶瓷 (Na1 2 Bi1 2 ) 0 .92 Ba0 .0 8TiO3的压电性能及去极化温度的影响 .研究发现A位非化学计量可以提高陶瓷的压电性能 ;B位掺杂对材料电学性能的影响规律类似于Pb(Ti,Zr)O3系压电陶瓷的相关规律 ;由于非化学计量和掺杂会影响到A位离子对B位离子与氧离子形成的BO6 八面体的耦合作用 ,影响到畴的稳定性 ,从而影响到 (Na1 2 Bi1 2 ) 0 .92 Ba0 .0 8TiO3陶瓷的去极化温度 ;所研究的陶瓷样品的去极化温度越低 ,压电系数越高 .     

Nd-Cr共掺BiFeO_3纳米粒子对多铁性能的影响

采用溶胶-凝胶技术合成了纯BiFeO_3(BFO),A/B位钕锌共掺杂Bi_(0.9)Nd_(0.1)Fe_(0.95)Cr_(0.05)O_3(BNFCO)纳米颗粒。并系统地研究了样品的结构、形貌和多铁性能。测试表明A/B位钕铬共掺极大地提高了BiFeO_3的铁电和铁磁性能。BNFCO样品的漏电流密度比纯BFO样品降低了约两个数量级,剩余极化强度(Pr)和矫顽场(Ec)分别高达13.508μC/cm~2和6.702 kV/cm。同时由磁滞回线发现矫顽力(Hc)和剩磁(Mr)也都有了很大的提高。证明了采用Nd-Cr共掺杂BNFCO纳米颗粒可以高效地提高BFO多铁性能。     

复合层状Bi7Ti4 NbO21铁电陶瓷的结构与介电和压电性能研究

制备了Bi7Ti4NbO21，Bi4Ti3O12及Nb掺杂Bi4Ti3O12(Nb-Bi4Ti3O12)层状结构铁电陶瓷材料．结合Nb-Bi4Ti3O12的介电温谱和退极化实验结果，研究了Bi7Ti4NbO21的晶体结构对其介电、压电性能的影响．高分辨透射电镜结果表明，在Bi7Ti4NbO21中，沿着c轴方向，(Bi2Ti3O10)^2-和(BiTiNbO7)^2-。两个类钙钛矿层分别与(Bi2O2)^2 层叠加堆积而成．这种晶体结构决定了Bi7Ti4NbO21的介电温谱在668℃和845℃出现介电双峰．结合极化样品的退化实验分析，说明材料在这两个温度附近发生了铁电一铁电相变、铁电一顺电相变，分别是(Bi2Ti3O10)^2-和(BiTiNbO7)^2-层状结构发生微观结构相变的结果．在退极化过程中，由于受热时钙钛矿层内空位引起的缺陷偶极子的定向排列受到破坏，引起材料部分退极化，表现为300℃热处理后Bi7Ti4NbO21的压电活性降低了10％，显示了室温下材料的压电性能来源于自发极化的固有电偶极子和缺陷偶极子的共同贡献．     

BaBi1-xPbxO3体系的物理性质研究

采用固态反应法制备了一系列BaBi1-xPbxO3(x: 0～1)多晶并测定了其晶体结构和相应的物理性质.粉末法测得的X射线衍射所得的晶体结构与粉末中子衍射结果[1～2]一致,晶体经历了从单斜晶系(0≤x<0.1)、到正交晶系(0.1≤x< 0.65)、再到四方晶系(0.65≤x< 0.9)、最后到正交晶系(0.9≤x≤1.0)的转变.发现随着四价阳离子铅对铋的掺杂替代导致晶胞参数在半导体区域减小,而在超导区域振动变化,这归结于Bi3 和Bi5 被Pb4 的取代和呼吸模型Bi(Bb)O6的作用,从而证明了Bi两种价态的存在.电阻率的测量结果表明样品的电性与晶体结构和生长环境紧密相关,但氧缺陷不是主要因素.最佳掺杂区在x= 0.75,其超导临界温度约为9K.掺杂区0≤x≤0.3的样品既可用本征半导体解释,也可用3D变程跃迁解释.在半导体区用3D变程跳跃解释时,lnρ～T-1/4的斜率连续减小,说明掺杂改变了态密度或定域化长度.样品的金属-半导体转变可用交叠能带解释.拉曼光谱的测量结果表明改变入射激光的频率并不影响各拉曼峰的强度.随Pb的掺杂,BiO6八面体的呼吸模数逐渐减少,同时晶体的无序程度增强.超导温度与Bi(Bb)O6模的形变势的强弱无关,但受其频移的影响.     

Zn掺杂对Bi2212单晶临界电流密度的影响

通过对少量Zn掺杂Bi2212单晶样品不同温度下的磁滞回线的测量,根据Bean临界态模型得到了样品在不同温度和磁场下的临界电流密度.发现不同温度下的临界电流密度与磁场的关系可以用Jc(H,T)=Jc(0,T)exp(-Hα)进行拟合,并且拟合参量α随温度的上升而增大,而在Pb掺杂和纯Bi2212单晶中α值基本上是不随温度变化的.将得到的Jc与Pb掺杂和纯Bi2212单晶的结果进行比较,发现在相同的温度和磁场下Zn掺杂样品具有最高的临界电流密度,表明少量Zn掺杂使得样品的临界电流密度得到提高.Zn掺杂对Bi2212体系临界电流密度的提高主要来源于在材料中引入了有效的涡旋钉扎中心,而Pb掺杂体系中Jc的提高是体系的层间耦合增强导致的结果.