多铁性BiFeO3陶瓷中的应力与铁电铁磁畴相互作用机制研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yuchenyk
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本文采用均相共沉淀法合成纯相BiFeO3粉体,氧气保护气氛下,无压烧结制备BiFeO3陶瓷,分析应力对铁电铁磁畴相互作用机制的影响。测量BiFeO3陶瓷的磁滞回线、电滞回线以及介电常数,分析材料内部杂质、缺陷等对铁电铁磁性能的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)观测铁电畴形貌,分析杂质产生的应力对铁电畴的影响。采用原子力显微镜(AFM)观测铁磁畴的形貌,以及在磁场作用下的铁磁畴形貌的变化。研究表明,BiFeO3陶瓷中含有71、109以及180电畴,电畴位于晶粒内部,不能穿越晶界、杂质等缺陷,畴壁钉扎在缺陷处。晶粒尺寸大小影响电畴的宽度以及电畴面密度,对不同类型电畴的影响不同。180电畴的畴宽D与晶粒尺寸g的平方根成正比,电畴面密度随晶粒尺寸g的增加而增加。71畴以及109畴的畴宽D随晶粒尺寸g的增加而增加,电畴面密度随晶粒尺寸g的增大而减小。计算出BiFeO3陶瓷中应变大小为0.2849%,应力为4.5108N。材料内部应力的存在,导致电畴宽度和电畴面密度发生改变。BiFeO3陶瓷磁畴为片形畴,磁畴宽度为1.7μm,磁畴长度为10μm-15μm。磁畴跨越晶界、杂质等缺陷,畴壁钉扎在缺陷处。磁畴的畴壁能较小,畴壁能密度w5.4109J/2m,畴壁能F(D2.6106w)=J/m2,总自由能F5.2106J/m2。与BiFeO3薄膜相比,畴壁能密度较低。外加磁场使磁矩发生转动、畴壁产生位移,导致磁畴平直,沿外场方向分布。测量BiFeO3陶瓷的电滞回线,得知剩余极化强度Pr=0.02μC/cm2,矫顽场E c150V/cm;测量BiFeO3陶瓷磁滞回线,得知剩余磁化强度M r=0.4emu/g,矫顽场H c142Oe。陶瓷中Fe2+和Fe3+共存,铁磁性增强,铁电性减小,磁滞回线和电滞回线出现不对称现象。陶瓷中界面极化的存在,导致低频时介电常数以及介电损耗较大,频率高于105Hz时,介电常数以及介电损耗趋于稳定,分别为122以及0.016。
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