A位Pr、Ho掺杂对BiFeO3结构和多铁性能的影响

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多铁材料因其同时具备铁磁性和铁电性,而且两者之间存在着磁电耦合作用,克服了单一铁磁或铁电材料应用上的不足,已经成为目前热门的新型多功能材料;在众多多铁材料中,BiFeO3由于其远高于室温的反铁磁奈尔温度(673K)和铁电居里温度(1103K),使得其很有可能成为未来被广泛应用的多铁材料,引起了研究人员的高度关注,但不足之处是:一方面,其磁有序是一种G-型反铁磁有序,导致在外场下的磁电耦合效应比较不明显;另一方面,其体相材料中由于大量存在着氧空位等缺陷,导致铁电极化较弱,这两方面都在很大程度上限制了其应用前景。实验研究表明,在BiFeO3中,A位的稀土掺杂能够在抑制氧空位提高铁电性的同时,增强磁性,因而本论文也采取这种A位稀土元素掺杂的方法来改善BiFeO3的多铁性能。我们选择了两种掺杂体系来作为本论文的研究对象,分别是:Pr掺杂体Bi1-xPrxFeO3 (x=0, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2)以及Ho掺杂样品Bi0.85La0.1Ho0.05FeO3,本论文的主要研究内容以及结果如下:采用快速液相烧结工艺,制备出纯相的Bi1-xPrxFeO3以及Bi0.85La0.1Ho0.05FeO3样品;XRD表征发现在Pr的掺杂量x=0.2的时候发生了从菱方到正交的结构相变。样品磁性的测量分析发现,两个不同的掺杂体系,掺杂均能够提高BiFeO3的磁性。Bi1-xPrxFeO3系列样品的铁电、漏导表征显示,随着稀土元素的取代掺杂,样品的漏导得到较大的减小,铁电性增强。磁化后的样品的介电常数得到了明显的提高,表明Bi1-xPrxFeO3系列样品具有磁电耦合的特性。与Bi1-xPrxFeO3系列样品类似,Ho掺杂也在一定程度上提高了样品的铁电性能,介电温谱测量发现,在643K左右的时候介电常数出现峰值,这是由于样品存在着磁介电耦合效应引起的,接着对磁场磁化后的样品进行了铁电性能测试,发现经过磁化后的样品能够表现出更高的铁电极化强度,进一步说明了掺杂后的材料具有磁电耦合的特性。
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