【摘 要】
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近年来,随着无线电通讯技术的日新月异,小型化、多功能化和高可靠性已成为电子信息材料与器件最具影响力和竞争力的主导因素,所以发展多频段、多易感、多场耦合的无铅单相材料是信息功能材料领域的重要研究课题。M型六角钡铁氧体(BaFe12O19)是一种典型的亚铁磁材料,居里温度约为723 K,除了其优秀的铁磁性以外,还拥有良好的介电性能,这为其磁性和介电之间的多场耦合与调控提供了可能。本论文以BaFe12O
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近年来,随着无线电通讯技术的日新月异,小型化、多功能化和高可靠性已成为电子信息材料与器件最具影响力和竞争力的主导因素,所以发展多频段、多易感、多场耦合的无铅单相材料是信息功能材料领域的重要研究课题。M型六角钡铁氧体(BaFe12O19)是一种典型的亚铁磁材料,居里温度约为723 K,除了其优秀的铁磁性以外,还拥有良好的介电性能,这为其磁性和介电之间的多场耦合与调控提供了可能。本论文以BaFe12O19为研究对象,考察颗粒形貌和尺寸对材料结构、磁性、介电以及磁介电性能的影响,主要成果如下:1.溶胶凝胶法制备的BaFe12O19颗粒会根据升温速率的快慢分别呈现出片状和棒状纳米结构。与块体陶瓷相比,纳米结构中产生了较大的结构畸变,尤其是在片状纳米颗粒中表现得更为明显。结构畸变引起了磁晶各向异性的增强,进而使材料在保持饱和磁化强度不变的情况下,显著提高纳米结构的矫顽场,片状BaFe12O19纳米颗粒的矫顽场达5280Oe。同时,结构畸变引起了三角双锥和八面体磁亚晶格中的Fe3+离子相对于中心位置的较大偏移,产生局域偶极子,施加磁场时Fe离子的自旋重新取向影响局域偶极子间的相互作用进而产生了磁介电效应。温度低于200 K时,片状纳米颗粒在104 Hz和9 kOe磁场下观察到了约为-12%的磁介电效应。此外,高温烧结过程中产生的Fe2+离子使得材料中出现局域的Fe2+-Fe3+偶极子,外磁场会抑制Fe离子的价态起伏,对负磁介电效应产生贡献,因此,Fe2+离子含量较多的BaFe12O19纳米棒的室温磁介电耦合系数可达-13%。2.BaFe12O19陶瓷的颗粒尺寸随烧结温度的升高显著增大,颗粒边界减少而畴界增多,进而引起矫顽场的迅速减小。同时,介电测量显示BaFe12O19陶瓷在10-310K温度区间出现了两个介电异常,100K附近的异常对应于电子的隧穿效应,200 K附近的异常则对应于电子在Fe2+和Fe3+离子之间的跳跃。气氛后处理可以调控材料中的Fe2+的含量。O2处理后Fe2+浓度的减小导致了饱和磁化强度的升高和与之对应弛豫过程激活能的降低。
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