A、B位共摻雜鐵酸鉍陶瓷的制備及電學、磁學性能研究.pdf

1、我們一般情況下認為當一種材料含有兩種或是兩種以上的性質時為多性質材料,目前對于鐵電材料而言,如果材料本身同時具有鐵電性、鐵磁性、鐵彈性中的兩種或是多于兩種的性質,則這種材料就是我們要研究的多鐵性材料。最近這些年以來,多鐵性材料因為性質的耦合性,被人們大量的應用到了多功能器件中。而我們所研究的鐵酸秘(BiFeO3)材料是單相多鐵性材料的典型代表,它的特點主要有一下幾點:第一具有鈣鈦礦結構,第二是為數不多的在室溫下電磁耦合的多鐵性材料之一,

2、由于鐵酸鉍材料所具備的這些特性,使其成為室溫下研究單相多鐵性材料的首要選擇的材料,但是鐵酸鉍本身也存在很多實際問題有待解決。比如,高的漏電性、高的介電損耗、低的抗衰老性、弱的鐵磁性、弱的磁電耦合效應等。由于這些問題的存在,制約了鐵酸鉍陶瓷材料的發(fā)展及應用。為了使其得到很好的開發(fā)利用,我們一般會對其進行性質改良。方法最常用的就是稀土摻雜。本文采用改良的快速燒結法制備了A位摻雜的La0.1Bi0.9FeO3和B位摻雜La0.1Bi0.9Co

3、xFe1-xO3(x=0.01,0.03)兩個系列的陶瓷樣品。采用X射線衍射技術確定了樣品的物相純度,并對摻雜的多晶陶瓷樣品的電學、磁學性能進行較系統(tǒng)的研究。對于La0.1Bi0.9FeO3和La0.1Bi0.9CoxFe1-xO3(x=0.01,0.03)系列的樣品,在燒結時間不變的情況下,La摻雜有效的抑制了雜相的生成。在La摻雜x=0.1,燒結溫度為830-860℃時所制備的La0.1Bi0.9FeO3陶瓷具有很好的鐵電性,這時候

4、所制備的陶瓷材料的絕緣性好,具有高的介電常數,低的介電損耗,且掃描頻率和掃描次數的增加,穩(wěn)定性好,抗疲勞性強。在同樣的制備條件下,在以La0.1Bi0.9FeO3陶瓷為基,用Co取代Fe的位置,制備La0.1Bi0.9CoxFe1-xO3(x=0.01,0.03)陶瓷材料中,發(fā)現(xiàn)當Co進行微量摻雜時(x<0.03),呈菱形結構多晶陶瓷中沒有雜相。通過比較XRD精修的晶胞參數結果及Co離子和Fe離子半徑,發(fā)現(xiàn)隨著Co摻雜量增加,晶胞

5、參數變小,表明Co離子已經摻入到多晶陶瓷的晶胞內。從電滯回線測量結果來看,隨著Co摻雜量的增多,剩余極化值增大,但樣品的漏電流也明顯增加。到摻雜量x=0.03,外加電壓到150KV/cm時,電流突然增加很大,并且漏電流表現(xiàn)處對外加電場的掃描方向的依賴性,呈現(xiàn)典型的二極管整流效應。對該多晶陶瓷樣品進行的XPS測試結果顯示,Co在La0.1Bio.9Co0.03Fe0.97O3陶瓷中以二價形式存在。我們認為二價的Co離子作為受主元素,替代部