【摘 要】
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近年来,稀土正铁氧体(RFeO_3,R=稀土)成为备受关注的一类多功能磁性材料,首先,该体系具有丰富而独特的磁性质,R-4f和Fe-3d之间存在多种磁相互作用,且磁各向异性随温度和磁场的变化会诱导出一系列磁转变过程,如自旋重取向、磁翻转等,激光诱导超快自旋重取向、太赫兹波诱导自旋进动相干控制等多种新颖现象被多次报道。其次,该体系还被报道具有一定的光催化活性,同时借助它的磁性,利用一定的磁场可以实现
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近年来,稀土正铁氧体(RFeO3,R=稀土)成为备受关注的一类多功能磁性材料,首先,该体系具有丰富而独特的磁性质,R-4f和Fe-3d之间存在多种磁相互作用,且磁各向异性随温度和磁场的变化会诱导出一系列磁转变过程,如自旋重取向、磁翻转等,激光诱导超快自旋重取向、太赫兹波诱导自旋进动相干控制等多种新颖现象被多次报道。其次,该体系还被报道具有一定的光催化活性,同时借助它的磁性,利用一定的磁场可以实现光催化剂和溶液的有效分离。钙钛矿结构具有多变性,通过铁离子与稀土离子之间,以及过渡金属离子之间的相互作用,能实现磁性能、光催化等特性的有效调控,对于进一步加深该体系的相关物理特性及其机理研究具有重要的意义。本文采用改进后的溶胶凝胶法,制备出了ErFe1-xMnxO3(x=0,0.1,0.3,0.5),ErFe1-xCrxFeO3(x=0.5,0.7,0.9,1),Gd1-yBiyFeO3(y=0,0.1,0.3,0.5,0.7,0.9,1)和GdFe1-xCrxO3(x=0.5,0.7,0.8,0.9,1)等一系列粉体,系统地研究了离子掺杂对RFeO3粉体的合成温度、晶体结构、显微形貌、磁性能、光学带隙和光催化活性的影响。研究发现:纯相ErFeO3粉体的合成温度为800℃,随着Mn掺杂量的增大,合成温度降低至700℃,晶体结构逐渐由正交相过渡到六方相。掺杂后粉体的晶粒大小和带隙值均减小,但其室温磁化曲线没有发生明显变化。随着Mn掺杂量的提高,样品的光催化活性得到显著改善,ErFe0.5Mn0.5O3具有最佳的光催化活性。类似的,800℃热处理后即能得到纯相ErFe1-xCrxO3系列粉体,Cr掺杂前后粉体的晶体结构保持正交结构不变(空间群为pbnm),而样品颗粒尺寸略有增大,室温下表现为反铁磁性。纯相GdFeO3粉体的合成温度为700℃,随着掺Bi量的增加合成温度逐渐下降为550℃。粉体结构逐渐由正交过渡到三方。掺杂后的粉体晶粒尺寸减小,当外加磁场大小在±2500Oe范围内时,掺杂的样品磁性能由室温反铁磁转变为弱铁磁。同时,光吸收带隙值减小。Gd0.5Bi0.5FeO3具有最佳的光催化活性,而后随着Bi的继续增加,催化降解速率逐渐降低。在700℃煅烧后能得到纯相GdFe1-xCrxO3系列粉体。GdCrO3晶粒平均尺寸略大于GdFeO3。随着Cr的掺入,材料保持反铁磁性。
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