YMnO3基多铁性陶瓷的制备、微结构及电磁性能研究

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多铁性材料集铁电性与铁磁性于一体,且两者间的磁电耦合效应可实现铁电性和铁磁性的相互调控,使其成为材料学的研究热点之一。六方YMnO3是目前备受关注的多铁性材料之一,其铁电转变温度为900K,反铁磁转变温度为70K。为了制备出致密的YMnO3陶瓷,本研究分别对微波辅助溶胶-凝胶法和低温固相法合成YMnO3纳米粉体进行探索,对合成的纳米粉体进行XRD、FSEM和TEM等对比分析。研究结果表明:相比于微波辅助溶胶-凝胶法,采用低温固相法制备YMnO3纳米粉体,工艺简单,合成温度低且制得的粉体颗粒更细小,有利于后续致密陶瓷的制备。分别采用低温固相法和传统固相法制备YMn0.8Fe0.2O3粉体,研究了不同粉体制备方法对YMn0.8Fe0.2O3陶瓷性能的影响;同时对YMn0.8Fe0.2O3陶瓷进行后续O2、N2气氛退火处理,研究了氧空位浓度对陶瓷微结构和磁性能的影响。研究结果表明:粉体制备方法对陶瓷的微结构和磁性能有较大影响;此外,由于在O2、N2气氛退火处理后陶瓷内部的磁性离子价态分布发生了改变,陶瓷的磁性转变温度均大幅度降低,且在N2气氛退火处理后的陶瓷在TN以下,存在铁磁性和反铁磁性的相互竞争,处于自旋玻璃态。采用高价态的Ce4+、Zr4+对YMn0.8Fe0.2O3陶瓷进行部分置换,制备了致密的Y1-xCexMn0.8Fe0.2O3(x=0.05,0.1)和Y1-xZrxMn0.8Fe0.2O3(x=0.05,0.1)固溶体陶瓷,研究了A位高价态离子部分置换对YMn0.8Fe0.2O3陶瓷微结构和性能的影响。研究结果表明:当Ce4+、Zr4+引入量为0.05时,降低了陶瓷的介电损耗,增大了陶瓷的电阻率,有效改善了陶瓷的电性能,并且由于引入Ce4+、Zr4+后改变了陶瓷内部的磁性离子价态分布,使得陶瓷的磁性转变温度随着掺Ce4+、Zr4+量的增大逐渐降低。
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