掺杂和退火气氛对BiFeO3陶瓷磁、电性能的影响

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为了研究Ba掺杂及气氛退火对BiFeO3陶瓷电学性能和磁性的影响,本文采用快速固相反应法制备了Bi1-xBaxFeO3(BaxBFO,0≤x≤1),并将样品在Ar、N2、空气和O2下进行气氛退火。测定和研究了样品的物相结构、电学性能以及磁性。采用X射线衍射技术测得了样品的相变情况:当掺Ba量x达到10%时,物相结构由斜方六面体结构变成了伪立方结构,当x增加到40%时,变成四方结构。尽管BaxBFO(x=10%、20%、30%)陶瓷和前人报道的类似,表现出很低的导电性,但BaxBFO(x=1%、3%、5%)陶瓷的导电性却表现出异常的增强,约为106Ω·cm(是纯BFO导电性的105倍)。X射线光电子能谱测量表明,这种导电性异常增强现象是由于陶瓷中氧空位和Fe2+的增多而造成的。随着Ba含量的增多,陶瓷样品的铁磁性逐渐增强,这种增强现象可能是由结构内部键角和键长的变化引起的。另外,为了进一步研究BaxBFO陶瓷样品电阻率变化的途径,我们对部分代表性BaxBFO陶瓷样品进行了Ar、N2、空气和O2气氛退火处理,然后用电化学工作站测得Bi0.97Ba0.03FeO3陶瓷的电学性能,表明其导电性随不同的退火气氛和退火温度发生了显著的变化,空气和O2处理的样品导电性明显高于Ar、N2处理的样品,从数量级上可以看出空气和O2处理的样品接近于导体而Ar、N2处理的样品接近于绝缘体。
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