【摘 要】
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多铁性材料因为具有两种或两种以上基本铁性共存而成为研究的热点,其中磁电多铁性材料由于在逻辑器件和信息存储器件中具有潜在的应用价值,而受到广大研究者的亲睐,因此制备具有铁电性和磁性的多铁性材料有极其重要的意义。BaTiO3是典型的铁电材料,掺杂过渡金属离子可在BaTiO3中引入磁性。但目前存在的主要问题是在引入磁性的同时,很难保证铁电性能不下降。针对上述问题,本论文通过掺杂Fe3+引入磁性,采用模晶
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多铁性材料因为具有两种或两种以上基本铁性共存而成为研究的热点,其中磁电多铁性材料由于在逻辑器件和信息存储器件中具有潜在的应用价值,而受到广大研究者的亲睐,因此制备具有铁电性和磁性的多铁性材料有极其重要的意义。BaTiO3是典型的铁电材料,掺杂过渡金属离子可在BaTiO3中引入磁性。但目前存在的主要问题是在引入磁性的同时,很难保证铁电性能不下降。针对上述问题,本论文通过掺杂Fe3+引入磁性,采用模晶生长法（TGG）制备片状BaTiO3模板,制备具有[00l]方向高取向度的Ba Ti1-xFexO3织构陶瓷,通过结构调控保证其铁电性能的优良。通过TGG法三步制备片状BaTiO3模板,研究不同熔盐温度对模板物相和形貌的影响。结果表明,TGG法第一步制备Bi4Ti3O12模板的最佳熔盐温度是1100 oC,此时模板尺寸集中在5～10μm,平均厚度0.2μm,长径比大于20,适合流延。确定第二步制备Ba Bi4Ti4O15模板的熔盐温度是1060 oC,模板尺寸集中在5～10μm,平均厚度0.4μm,长径比在12～25之间。第三步制备BaTiO3模板的最佳熔盐温度是930 oC,模板尺寸集中在8～10μm,平均厚度0.6μm,长径比在13～16之间,符合流延要求。通过改变Fe的掺杂含量和不同烧结温度研究织构陶瓷的取向度和磁电性能的联系。结果表明,Fe掺杂含量为3%和8%时陶瓷是四方相与六方相的共存,此时陶瓷难以织构。为此我们将Fe掺杂含量调整为0.5%、1%和1.5%,此时陶瓷物相均是四方铁电相,且取向度均大于80%。当Fe掺杂含量为0.5%、1%和1.5%时,制备得到取向度分别是80%、89%和93%的织构陶瓷。随着取向度的提升,1M Hz下相对介电常数从1294降低至1041。随着掺杂含量的提升,c/a由1.011降低至1.007。以掺杂含量1%的织构陶瓷为例,烧结温度从1100 oC升高至1500 oC时,取向度由14%提升至96%。在1200 oC～1500 oC时随着取向度从56%提升至96%,1k Hz下相对介电常数从1994降低至1118。Fe掺杂含量提升,取向度增强,织构陶瓷饱和极化Pmax增强,30kv/cm场强下最大可达27.9μC/cm~2,电滞回线束腰状更明显,矫顽场降低,掺杂含量为1.5%时矫顽场Ec为2.01 k V/cm。以掺杂含量为1%的织构陶瓷为例,随着取向度的提升铁电性能提高,陶瓷饱和极化值Pmax增强,最大的饱和极化值可达Pmax=39.9μC/cm~2,Pr最大可达15.9μC/cm~2。Fe的掺杂成功引入磁性,且织构陶瓷的介电、铁电和磁性能均存在各向异性。
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