【摘 要】
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近年来,磁电多铁性材料因其丰富的物理内涵以及诱人的应用前景同时受到学术界及产业界的极大关注,探索新型多铁性材料成为研究的热点。本论文选取具有钙铁石结构的Ca2FeAlO5
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近年来,磁电多铁性材料因其丰富的物理内涵以及诱人的应用前景同时受到学术界及产业界的极大关注,探索新型多铁性材料成为研究的热点。本论文选取具有钙铁石结构的Ca2FeAlO5作为研究基础,首先以Ga3+部分置换Al3+的Ca2Fe(Al1-xGax)O5(x=0,0.05,0.10,0.15)陶瓷为研究对象,通过分析测试其晶体结构、铁电性能、热学性能、磁性能及磁电效应,探索其多铁性的存在证据,给出了 Ga3+含量对于体系陶瓷结构和性能的影响;又选取Fe3+部分置换Al3+的Ca2Fe2-xAlxO5(x = 0.6,0.7,0.8,0.9)陶瓷为研究对象,采用放电等离子体烧结方法制备陶瓷样品,分析测试其晶体结构、介电、铁电及磁性能,给出了 Fe3+对陶瓷性能的影响。得到以下主要结论:Ca2Fe(Al1-xGax)O5(x=0,0.05,0.10,0.15)陶瓷中,各组分样品的空间群均是Ibm2,是一种极性点群,氧八面体及氧四面体中心位离子沿c轴方向具有不同程度的偏移,在该方向上产生自发极化。在室温下x = 0.05,0.10和0.15三个组分的陶瓷试样中均测试得到较典型的电滞回线,证明其铁电性的存在。其剩余极化值最大为0.35 μC/cm2,出现在Ca2Fe(Al0.95Ga0.05)O5中,Ga3+置换量x为0时,陶瓷样品矫顽场较大,难以在外加电场下极化反转。而随着Ga3+置换量x的增加,陶瓷样品的矫顽场迅速下降。Ca2Fe(Al0.95Ga0.05)O5陶瓷样品在1073K时部分氧四面体序取向发生变化,对称性改变。体系陶瓷的反铁磁序转变温度TN约为350K,Fe3+离子之间的DM相互作用及Fe3+与Fe4+离子之间未能抵消的净磁矩使陶瓷具有微弱的铁磁性,随着Ga3+置换量x的增加,磁化强度先减小后增大,在Ca2Fe(Al0.90Ga0.10)O5 中达到最小。Ca2Fe(Al1-xGax)O5(x= 0.05,0.10,0.15)陶瓷存在明显的电控磁效应,磁化改变量随Ga3+置换量x的增加总体呈下降趋势。Ca2Fe2-xAlxOs(x=0.7,0.8,0.9)陶瓷中,各组分样品空间群均为Ibm2,为极性点群。SPS制备的陶瓷样品介电强度得到增强,且随着x的增加,陶瓷的介电强度逐渐增强。在大于160 kV·cm-1的高电场条件下,继续增强电场时,体系陶瓷的Pr、Pmax随电场增加呈非线性增长,表现出铁电体的特性,但铁电极化值比较小,被其它因素如电导等所掩盖,铁电性的进一步表征仍然需在降低矫顽场上多做文章。陶瓷在室温下具有弱铁磁性,起源于Fe3+离子之间的DM相互作用以及Fe3+与Fe4+离子之间未能完全抵消的净磁矩,随着x的增加,磁化强度逐渐减小。
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