掺杂BiFeO3的制备及多铁性研究

来源 :东南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ycs19900105
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多铁性材料的研究是当今材料科学及凝聚态物理中一个宽广的新领域,蕴含着丰富的材料学与物理研究课题。在众多的多铁性材料中,BiFeO3在室温以上能同时存在铁电性和反铁磁性,它是最可能被应用的多铁性材料。BiFeO3具有空间群为R3c的斜六方体结构。BiFeO3在室温下具有铁电性(铁电居里温度为1100K)和反铁磁性(奈尔温度为650K)。然而现在纯相BiFeO3的制备仍然是众多实验室中一个难点,铁磁性在室温下很微弱,并且其铁磁性来源不明,饱和的铁电回线也很难观测到。这些均与Bi容易挥发、Fe的价态容易波动有关。本论文中我们对纯相BiFeO3制备方法进行了摸索,通过棉花模板法制备出饱和磁化强度(Ms)为3emu/g的纯相BiFeO3样品,最后我们通过La和Co离子共掺杂BiFeO3来研究结构的变化对其多铁性质的影响。主要的工作内容如下:   (1).我们以柠檬酸为络合剂,通过La掺杂及共掺杂的方法制备出纯相的样品。我们的研究发现Co离子掺杂BiFeO3的增强铁磁性主要来源于离子掺杂诱导的结构畸变,从而压制了螺旋的磁矩结构,而Mn离子掺杂对BiFeO3铁磁性的增强很小,主要是由于诱导的结构畸变非常小。La的掺杂和共掺杂虽然能有效的压制杂相的产生,但是对BiFeO3以及Co掺杂BiFeO3的铁磁性增强不大,但能有效的增强Mn掺杂的BiFeO3的铁磁性。   (2).我们通过用酒石酸代替柠檬酸作为络合剂的方法,制备出纯相的各种离子掺杂的BiFeO3。   (3).用棉花模板法成功在600℃,用20%的稀硝酸清洗后制备出纯相的室温铁磁性比较强的多孔BiFeO3样品。在室温下可以观察到增强的铁磁性,饱和磁化强度达到3emu/g。这种磁性的增强可能是因为增强的双交换作用以及Fe2+-O-Fe3+倾角的增加。   (4).利用以酒石酸作为络合剂的溶胶凝胶法我们制备出La和Co共掺杂的BiFeO3(Bi1-xLax)(Fe0.95Co0.05)O3(x=0,0.10,0.20,0.30))。XRD和Raman确定了在x=0.2的时候样品从六方相向四方相转变,带隙在x低于0.2的时候,随着x的增加而增加,但是x达到0.3的时候,带隙减小。结构的转变对样品的磁性有很大的影响,剩余磁化强度和饱和磁化强度在x达到0.1的时候是减小的,但是随着x的增大,它们又增强了,但是电极化强度则是相反的。同时随着La的掺杂量的增加,样品磁化反转的矫顽力逐渐变小。对于四方相的(Bi0.70La0.30)(Fe0.95Co0.05)O3,在室温的时候可以同时具有软磁的铁磁性和铁电性,这表明它具有潜在的多铁性应用。
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