【摘 要】
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Re1-xAexMnO3(Re:稀土金属元素;Ae:碱金属元素、碱土金属元素)钙钛矿锰氧化物是强关联电子材料中的重要代表,该体系材料内部的载流子有序化、轨道杂化、晶格畸变和铁磁耦合等相
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Re1-xAexMnO3(Re:稀土金属元素;Ae:碱金属元素、碱土金属元素)钙钛矿锰氧化物是强关联电子材料中的重要代表,该体系材料内部的载流子有序化、轨道杂化、晶格畸变和铁磁耦合等相互作用,导致产生许多独特的物理特征:金属-绝缘体转变(Metal-insulator transition)、姜-泰勒(Jahn-Teller)效应、巨磁阻(Giant magnetoresistance,GMR)效应、超巨磁阻(Colossal magnetoresistance,CMR)效应等。因此,Re1-xAexMnO3材料在红外探测、热辐射测量、磁性记录、可移动式磁性传感等电子器件方面具有广阔的应用前景。从已经发表的研究成果可以看出,制备的Re1-xAexMnO3材料存在金属-绝缘体转变温度(Tp)远离室温、电阻温度系数(TCR)和磁阻(MR)偏低等短板,不能满足实际应用。因此,制备接近于室温的Tp、高TCR和MR的Re1-xAexMnO3多晶陶瓷材料仍是当前热门的研究方向。本论文选取了一价碱金属元素中的Na、K掺入La0.7Ca0.3MnO3材料中,研究不同的烧结温度,Na、K的掺杂量对陶瓷材料性能的影响,然后掺入Ag粉进一步改善陶瓷材料的电磁性能,制备了多系列La0.7Ca0.3-xAxMnO3:yAg(A=Na,K)陶瓷样品。使用X射线衍射仪(XRD)对陶瓷样品进行晶体结构表征,通过扫描电子显微镜(SEM)分析陶瓷样品的表面形貌,采用标准四探针法,通过改变外部磁场强度,测试陶瓷样品的电磁学性能。多系列La0.7Ca0.3-xAxMnO3:yAg(A=Na,K)陶瓷样品均为纯相钙钛矿结构,改变烧结温度或者掺杂量,可以促进晶粒生长,晶胞体积和晶粒尺寸均增大。在La0.7Ca0.3-xNaxMnO3系列样品中,随着Na+的掺杂量增加,晶体结构由正交结构转变成菱方结构。不同烧结温度制备的La0.7Ca0.26A0.04MnO3(A=Na,K)陶瓷样品中,随着烧结温度的升高,Tp逐渐降低,峰值电阻率(ρmax)逐渐减小。在烧结温度为1200℃时,样品的峰值电阻温度系数(TCRmax)和峰值磁阻(MRmax)达到最大值。La0.7Ca0.3-xAxMnO3(A=Na,K)陶瓷样品中,随着Na+、K+的掺杂量增加,Tp逐渐升高,ρmax逐渐减小。La0.7Ca0.24Na0.06MnO3和La0.7Ca0.26K0.04MnO3的TCRmax和MRmax各自达到对应系列中的最大值。为了进一步提高样品的Tp、TCRmax和MRmax,将Ag粉掺入La0.7Ca0.24Na0.06MnO3和La0.7Ca0.26K0.04MnO3中进行烧结,制备了两个系列的多晶靶材。La0.7Ca0.24Na0.06MnO3:yAg陶瓷样品中,当y=0.2时,ρmax=0.0368Ω·cm,Tp=271.05 K,样品的TCRmax和MRmax达到最大值,TCRmax=30.57%·K-1,MRmax=72.28%。La0.7Ca0.26K0.04MnO3:yAg陶瓷样品中,当y=0.2时,ρmax=0.036Ω·cm,Tp=274.7 K,样品的TCRmax和MRmax达到最大值,TCRmax=34.29%·K-1,MRmax=75.71%。实验结果表明La0.7Ca0.3-xAxMnO3:yAg(A=Na,K)系列材料可以被应用于红外探测、热辐射测量、磁性记录、可移动式磁性传感等电子器件方面。
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