Bi2Fe4O9基多铁陶瓷的制备及物性研究

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同时具有多种有序参数以及彼此间可以相互耦合的材料引起了人们的兴趣,多铁性材料是这种新型材料的典型代表,电有序和磁有序间的耦合在多功能材料的设计和制备方面具有巨大的应用潜力。Bi2Fe4O9是一种具有广阔应用前景的多铁性功能材料,但纯相合成很难,先前的制备方法往往在高温下多步完成或者需要严格的环境条件,以及高漏导及弱磁性等问题严重阻碍了其发展和应用。因此,探索Bi2Fe4O9陶瓷单相的工艺合成并对其多铁性能进行研究就显得尤为重要。  本文围绕Bi2Fe4O9基多铁陶瓷进行了一系列探究,主要研究内容如下:  (1)采用溶胶-凝胶自蔓延燃烧法制备Bi2Fe4O9陶瓷前驱体,然后将合成的陶瓷坯体分别在无磁场和0.4T磁场烧结后,再通过高温快速退火,成功合成了一系列Bi2Fe4O9陶瓷。分别研究了无磁场和磁场下,退火温度对Bi2Fe4O9陶瓷结构、磁性和铁电性的影响,并在相同条件下,比较了两种情况下合成样品的性能。研究发现,无磁场下,随着退火温度的增加,样品中弱的室温铁磁性逐渐转变为顺磁性;不同退火温度下铁电性先增强后减弱的变化趋势,是由颗粒尺寸效应和铋挥发效应相互作用引起的。将磁场烧结引入到Bi2Fe4O9陶瓷样品的制备过程中,会影响晶体取向的选择性和材料结构化生长。与无磁场下制备Bi2Fe4O9相比,磁场下制备的样品均表现出弱的室温铁磁性且磁性有明显增强;磁场烧结制备样品的铁电性能有明显改善,铁电性的增强是漏电流减小的原因。  (2)采用溶胶-凝胶自蔓延燃烧法制备陶瓷前驱体,然后将合成的陶瓷坯体通过850℃快速退火,成功合成了一系列B位Mn掺杂的Bi2Fe4O9陶瓷,研究了Mn掺杂对Bi2Fe4O9陶瓷的结构和多铁性的影响。研究发现,适量Mn的引入可以改善样品中弱的室温铁磁性;当Mn含量增加时,反铁磁相变温度TN向低温方向偏移;x=0.3样品在不同温度下磁滞回线表明,弱的铁磁性随着温度的降低而增强,归因于Mn离子和Fe离子间复杂的相互作用。当Mn掺杂量较低时,可以改善样品的铁电性。
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