【摘要】：在眾多的多鐵材料中,層狀鉍系A(chǔ)urivillius結(jié)構(gòu)氧化物單相材料備受關(guān)注,其結(jié)構(gòu)上是由(Bi2O2)2+和類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的[An-1BnO3n+1]2-(n:類鈣鈦礦層數(shù))單元沿c方向周期性排布而成,由于這種材料可能在室溫或室溫以上同時存在鐵電和鐵磁序,因此在存儲、傳感以及人工智能等高技術(shù)領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用前景。其中,四層層狀鈣鈦礦Bi5FeTi3O15(BFTO)是最典型的層狀鈣鈦礦多鐵材料。BFTO的鐵電居里溫度很高(～1003 K),但磁轉(zhuǎn)變溫度很低(～80 K),室溫下通常表現(xiàn)為順磁性。較低的磁轉(zhuǎn)變溫度以及較弱的磁電耦合效應(yīng)使得這一材料在實際運用中受到很大的限制。研究發(fā)現(xiàn),用Co取代B位的Fe可以實現(xiàn)室溫下鐵電和磁性共存,磁轉(zhuǎn)變溫度提高到618 K。相比BFTO,五層層狀鈣鈦礦多鐵材料Bi6Fe2Ti3O18中多了一層BiFeO3,有利于獲得更好的磁性。本文的工作是用磁性離子分別對四層和五層層狀鈣鈦礦的B位進行摻雜,制備了Bi5Fe1-xNixTi3O15(0≤x≤0.5)薄膜、Bi5FeTi2.5Co0.5O15 陶瓷和 Bi6Fe1.5Ni0.5Ti3O18 陶瓷,系統(tǒng)的研究其微結(jié)構(gòu)、鐵電、鐵磁、介電等性能,并對其性能的影響機制進行探討。論文的主要成果如下:第一章是介紹多鐵材料的研究背景,包括多鐵材料的起源、相關(guān)概念等知識,以及多鐵材料Bi5FeTi3O15(n=4)和Bi6Fe2Ti3O18(n=5)的研究現(xiàn)狀和目前的研究進展等內(nèi)容。第二章的內(nèi)容為薄膜和陶瓷材料常用的制備方法、結(jié)構(gòu)和性能表征手段(如XRD、鐵電性、磁性等)的基本原理介紹。第三章首先介紹了用化學溶液沉積法成功制備的Bi5Fe1-xNixTi3O15(0≤x≤0.5)薄膜,主要研究其微觀結(jié)構(gòu)、鐵電性和磁性能等。X射線衍射譜顯示隨著Ni含量的增加薄膜的c取向度增加,拉曼光譜進一步證明摻入的Ni占據(jù)了 B位。Ni的摻雜量x=0.1時材料的剩余極化強度和剩余磁化強度最大,而且摻雜后的樣品室溫下都表現(xiàn)為弱鐵磁行為。Ni摻雜有效地改善了該材料的室溫鐵電和磁性等性能。第四章是采用sol-gel法在Bi5FeTi3O15中摻Co制備Bi5FeTi2.5Co0.5O15多鐵陶瓷樣品。二價的Co取代四價的Ti并沒有改變材料的相,由于化合價不平衡增加了氧空位的產(chǎn)生。離子半徑的差異使得晶格進一步畸變,從而影響材料的鐵電和磁性等性能。摻雜不僅實現(xiàn)了室溫下鐵電和磁性共存,而且磁居里溫度提高到室溫以上(～552 K)。測試樣品的介電,我們發(fā)現(xiàn)樣品介電損耗有一弛豫峰,通過擬合計算分析證明了該弛豫行為與氧空位的跳躍有關(guān)。第五章是采用sol-gel法在Bi6Fe2Ti3O18中摻Ni制備Bi6Fe1.5Ni0.5Ti3O18陶瓷,主要研究樣品的鐵電、鐵磁和介電等。研究樣品的磁性發(fā)現(xiàn)樣品在室溫下表現(xiàn)為弱鐵磁行為,磁轉(zhuǎn)變溫度遠遠的高于室溫。其弱鐵磁性源于DM相互作用使得Fe-基和Ni-基次晶格的反鐵磁耦合的自旋傾斜。對于樣品的室溫鐵電性能,其剩余極化強度(2Pr)為16 μC/cm2,PUND測試說明樣品的極化行為是材料本征的。第六章是對全文研究內(nèi)容的總結(jié),以及對下一步的研究工作的展望。
【圖文】：

存在而發(fā)生的感生軌道磁矩的變化、電子繞原子核運動的軌道角動量的貢獻以及電子本身逡逑的自旋。材料的磁性一般可以分為：順磁性、鐵磁性、反鐵磁性、亞鐵磁性和抗磁性五類逡逑［１６－１９］。主要的幾種磁結(jié)構(gòu)如圖１－２所示：逡逑（ａ）邐、邋（ｂ）ｉ，》？邋（ｃ）邋｜邋｜邋？邋？邐（ｄ）個個邋“邋ｕ逡逑＼｜邋ｄ邋ｈ邋Ｉ邋；邋＊邋＊，１逡逑卜／，＼邐．１１邋？邋Ｉ邋１邋Ｍ邋！邋ｔ邋ｔ邋ｔ邋ｔｓ逡逑＇＇一邋／邐＿邋１邋１邋！邋ｉ邋１邋ｉ邋ｉ邋１邋ｉ邋？邋？邋ｉ邋１逡逑順磁性邐鐵磁性邐反鐵磁性邐亞鐵磁性逡逑圖１－２幾種磁性的磁序示意圖逡逑順磁性：由于順磁材料中的原子磁矩是隨機取向的，在宏觀上不表現(xiàn)出磁性，磁化強逡逑度和外加磁場的方向相同，磁化率的數(shù)量級大約為１0＿６到Ｗ５。逡逑鐵磁性：由于鐵磁材料中原子的磁矩平行有序排列，宏觀上表現(xiàn)出磁性，磁化率的數(shù)逡逑量級大約為１０－１到１０６。與順磁材料相比，鐵磁材料在較弱的外場下仍然具有很大的磁化逡逑強度

其中有趣的磁電耦合現(xiàn)象為器件設(shè)計提供了一個額外的自由度，使人們能夠通過利用磁場逡逑控制電極化，利用電場控制磁化強度等。鐵電和鐵磁共存的多鐵材料，其結(jié)構(gòu)、性能和實逡逑際應(yīng)用都引起了科技工作者的廣泛關(guān)注［２６］。圖１－４形象地表示了鐵電性和磁性共存的多逡逑鐵性材料及鐵電性和磁性的相互調(diào)控［２７］。逡逑．＋｜邐？邋Ｉ逡逑ｒ邋＼／邐ＦＴ－：邐同邋ｉ．邐Ｆ１逡逑＾邋ｍ－ｈ邐ｓ－．ｂ＝ｙｉｊ逡逑ｐ邐電場邐ａ場逡逑鐵電性（Ｋ＞邋Ｘ邋．．．．佭逡逑．ｔ電場；Ｉ邐Ｉ邐Ｉ逡逑Ｉ邋＊＊－＊——＇￣￣—邐％逡逑多碰（Ｐ鋪逡逑４邐：紀十｜邋．．，Ｌ邋邋ｍ邋邋ｒ．．ｊ，，．Ｔ邋邋逡逑ｉ邐｜邋＾逡逑．Ｖ／．丨丨丨]嬝�，丨．丨丨＇焌邐邋邐邐邐Ｊ逡逑＿邐＾邋＿ｒ逡逑＿＿邐磁場邐電場逡逑圖１－４鐵電性和磁性相互耦合及相互調(diào)控逡逑１．３單相多鐵材料逡逑
【學位授予單位】：揚州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB34

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本文編號：2649018