Bi1-xLaxFe1-yTiyO3-YIG复合陶瓷材料的制备与性能研究

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当前各种电子器件的小型化、集成化的要求越来越高,Y3Fe5O12(YIG)作为一种重要的微波铁氧体材料,其自身的低介电常数却严重的制约着相关器件的尺寸的进一步缩小。Bi Fe O3(BFO)是目前发现的唯一在室温下铁电性和铁磁性同时存在的单相多铁材料,对其进行La、Ti共掺杂,能获得介电常数高、漏电流小的低损耗体系Bi1-xLaxFe1-yTiyO3(BLFT)。将BLFT与YIG复合(BLFT-YIG)可以提高材料的介电常数,同时具有良好的磁性能,相关研究还未见报道。本论文用固相反应法,成功制备出了高介电低漏电的BLFT陶瓷材料,其相对介电常数最高可达到254(f=1 MHz)。将其与YIG复合,制备了不同体积比、不同掺杂量的两相复合陶瓷材料,对样品进行介电性能和磁性性能的测试,结果表明,BLFT-YIG两相复合材料能有较好的磁性,同时与YIG材料相比介电性能大幅度提高。BLFT(x=0.14,y=0.09,L14T9)与YIG按3:7、4:6、5:5、6:4、7:3的五种不同体积比例复合制备出陶瓷样品。在40 Hz~1 MHz及2~18 GHz下的介电频谱表明,7L14T9-3YIG有最佳介电性能,相对介电常数在40 Hz~1 MHz内可达到59,在2~18 GHz的微波频段则可达YIG的1.8倍,随着L14T9体积比例的增加,复合陶瓷样品的截止频率向低频方向移动;室温下的磁滞回线分析表明,3L14T9-7YIG有最佳磁学性能,其饱和磁化强度达19 emu/g。改变5BLFT-5YIG的掺杂量,制备出5L3T2-5YIG(x=0.03,y=0.02)、5L19T4-5YIG(x=0.19,y=0.04)、5L14T9-5YIG(x=0.14,y=0.09)三种复合陶瓷样品,磁电性能测试发现5L14T9-5YIG样品在40 Hz~1 MHz有最大相对介电常数达51,2~18 GHz的微波频段能达到YIG的1.2倍,截止频率也比其他样品高,约为2.8 GHz;室温下的饱和磁化强度和矫顽场则在三种样品中最低,分别为15.6 emu/g和12 Oe(其中5L3T2-5YIG的饱和磁化强度最大,为19 emu/g)。BLFT-YIG复合陶瓷材料有良好的磁性性能,同时,与单相的YIG陶瓷材料相比介电性能也有了很大的提高。这对铁氧体器件尺寸上的突破提供了有利的研究基础。在实际应用中可根据器件对介电性能和磁性性能的不同需要,选择适合的体积比例及掺杂量。
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