BiFeO3/NiZnCu复合材料的制备和性能研究

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信息化社会的不断发展推动着电子元器件向小型化、轻量化、多功能和高稳定方向发展。磁性材料与电子材料的发展渗透于现代技术的各个领域中,人们对集电性与磁性于一身的多功能材料研究兴趣也日益提高。多铁性材料就是这样的一种多功能材料,不但具备各种单一的铁性(如铁电性、铁磁性),而且通过铁性的耦合复合协同作用,同时还具有一些新的效应,大大拓宽了铁性材料的应用范围。铁磁、铁电复合材料就是其中一类最典型的代表,这种材料不但具备铁电性、铁磁性,而且还能够产生一种特殊性质——磁电效应。本论文选取在理论和实验方面研究比较成熟的典型的多铁性材料BiFeO3和应用广泛的NiZnCu铁氧体,两相复合的复合材料为主要研究对象。研究的主要结果如下:(1)研究了低温烧结NiZnCu铁氧体的不同缺铁量对复合材料介电性能和磁性能的影响。我们采用溶胶凝胶法制备NiZnCu铁氧体,并且选用适量缺铁的铁氧体体系Nio.2Zno.2Cuo.6Fe2-x04-3/2x(x=0,0.02,0.06,0.08,0.1),分别以5:5的比例与水热法合成的BiFeO3复合,通过复合材料的电磁性能对比,确定比较合适的NiCuZn铁氧体组分为Ni0.2Zn0.2Cu0.6Fe1.90O3.85.(2)研究了烧结温度对复合材料(3Ni0.2Zn0.2Cu0.6Fe1.90O3.85-7BiFeO3)的显微结构和电磁性能的影响。从XRD图和SEM扫描结果看,随着烧结温度的升高,复合材料中两相共存结晶更完善,孔洞减少,材料更致密。当温度在730℃时BiFeO3大量分解成Bi25FeO39和Bi2Fe4O9,晶粒异常长大,致密度下降。700℃时介电常数和磁导率相对优异,饱和磁化强度65emu/g。(3)研究了不同的复合比例的复合材料微观结构,电磁性能。将具有铁电性弱磁性的BiFeO3与选定的铁磁性的NiZnCu铁氧体按xBiFeO3-(1-x)Ni0.2Zn0.2Cu0.6Fe1.90O3.85(x=0.1,0.3,0.5,0.7,0.9)复合成具有铁电/铁磁复合材料,从XRD图和SEM扫描结果看来看两相共存,只是BiFeO3有微量分解,并没有发生化学反应。从电磁性能看,复合材料都有磁滞回线和电滞回线,说明在复合材料中铁氧体的磁有序结构的到了很好的维持,当x=0.5时,饱和磁化强度160emu/g,矫顽力为64G。但是铁电性能较弱,且有漏导存在。(4)研究了不同的合成工艺对复合材料的影响,采用水热法合成NiZnCu铁氧体,与采用溶胶凝胶法合成NiZnCu分别与BiFeO3复合,对其显微结构和电磁性能进行对比,水热法合成复合材料致密度较高,介电性能,磁性能相对优异。
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