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Eu和Co共掺杂对铁磁电材料BiFeO3介电、磁电耦合效应的影响

2020-12-16阅读(1001)

Eu和Co共掺杂对铁磁电材料BiFeO3介电、磁电耦合效应的影响

论文摘要

通过对钙钛矿结构BiFeO3陶瓷进行A、B位的替代掺杂,研究了Eu、Co共掺对其介电特性和磁电耦合效应的影响。实验采用快速固相反应法制备了A位Eu掺杂、B位Co掺杂的系列陶瓷样品Bi1-xEuxFe1-yCoyO3 （ x=0、0.01、0.05、0.1;y=0、0.01、0.05、0.1）,采用DX-2000 X射线衍射仪对样品进行XRD物相检测,采用Agilent 4294A阻抗分析仪在40 Hz-1 MHz范围内测量样品的介电性能,利用HP3458A型万用表在室温下测量样品的电阻率随掺杂量的变化。研究结果表明:（1）、从XRD物相分析图像上看,通过快速固相反应法制备的没有掺杂的BiFeO3样品,没有杂相峰的产生,获得了单相的BiFeO3样品,而Eu、Co共掺的系列陶瓷样品Bi1-xEuxFe1-yCoyO3均为三方钙钛矿结构,当Eu、Co的掺杂量为0.01时可以获得单相的Bi1-xEuxFe1-yCoyO3陶瓷样品。当Eu、Co掺杂量大于等于0.05时在2θ为25和30之间出现Bi12Co0.6O18.8杂相峰,特别是随着Eu、Co量的增加,杂相Bi12Co0.6O18.8所对应的衍射峰明显增强。所以,对于Eu、Co共掺的Bi1-xEuxFe1-yCoyO3陶瓷样品,最好的替代量应该是Eu、Co的掺杂量小于0.05。（2）、对于所有样品,其介电常数都随着频率的增加而减小。对于没有掺杂的BiFeO3陶瓷样品,和掺杂的Bi1-xEuxFe1-yCoyO3系列陶瓷样品相比其介电常数比较小,但是没有掺杂的BiFeO3陶瓷样品的介电常数随频率的变化比较小,介电常数的频率稳定性比较高。在特定频率下,样品的介电常数随着Eu、Co的掺杂量的增加,出现了先增大后减小的变化。掺杂少量的Eu3+、Co3+可以改善BiFeO3样品的介电性能,Eu、Co掺杂后样品的介电常数ε均比未掺杂时显著提高,测量频率为1000Hz时, Bi0.99Eu0.01Fe0.99Co0.01O3陶瓷样品的介电常数为1790.5,比未掺杂的BFO样品提高了近一个数量级。对样品的介电损耗的测量可以看出,所有样品的介电损耗随着频率的增加而减小。Eu、Co的掺杂可以显著减小样品的介电损耗,特别是当Eu、Co的掺杂量为0.01时样品Bi0.99Eu0.01Fe0.99Co0.01O3的介电损耗最小,但是随着掺杂量的增加,介电损耗出现了比较复杂的变化。当Eu=0.05、Co=0.05时样品的介电损耗最大,然而当Eu、Co=0.1时介电损耗又下降。所以从提高样品介电特性方面来看,Eu、Co最佳掺杂量为0.01。（3）、利用HP4294A精密阻抗分析仪,在外磁场的作用下,在特定的频率测量样品的介电常数随磁场的变化,其实验结果显示:没有掺杂的BiFeO3陶瓷样品的介电常数在特定频率下随磁场的变化很小,说明纯的BiFeO3陶瓷样品的磁电耦合效应很弱。Eu、Co掺杂的Bi1-xEuxFe1-yCoyO3系列陶瓷样品的介电常数基本上都是随着磁场的增加而增加,表现出相应的磁电耦合效应,在特定频率下,样品Bi0.99Eu0.01Fe0.99Co0.01O3和样品Bi0.95Eu0.05Fe0.95Co0.05O3呈现出较强的磁电耦合效应:测量频率为10kHz时、样品在4500Gs磁场下的MD值分别达到了3.2%和4.37%,与未掺杂的BFO样品相比,分别提高了20和25倍。但是样品Bi0.99Eu0.01Fe0.9Co0.1O3的介电常数在磁场强度为3500高斯时出现了减小的趋势。所以从提高样品的磁电耦合系数方面来说,最佳的掺杂量为Eu=0.05、Co=0.05。（4）、Eu、Co的掺杂使样品的电阻率发生很大的变化,随着Eu、Co掺杂量的增加,样品的电阻率呈现先增大后减小的现象,当Eu、Co掺杂量为0.01时样品的电阻率达到最大值,而当Eu、Co掺杂量为0.05时样品的电阻率达到最小值,当Co的含量为0.01时,样品的电阻率随Eu的掺杂量的增加而减小,但减少的幅度很小。Co的含量对掺杂样品的电阻率影响比较大,当Co的含量大于等于0.05时,样品的电阻率有很大幅度的下降,低于没有掺杂的BiFeO3陶瓷样品的电阻率。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 导论
  • 第二章 铁磁电材料概论
  • 2.1 铁电材料
  • 2.1.1 铁电材料的本质
  • 2.1.2 钙钛矿结构的铁电材料
  • 2.2 铁磁材料
  • 2.2.1 材料的铁磁性
  • 2.2.2 磁滞回线
  • 2.3 铁磁电材料
  • 2.3.1 铁磁电材料
  • 2.3.2 铁磁电材料的磁电耦合效应
  • 3'>2.4 铁磁电体BiFeO3
  • 3的铁电性与铁磁性'>2.4.1 BiFeO3的铁电性与铁磁性
  • 3的掺杂改性'>2.4.2 BiFeO3的掺杂改性
  • 3基陶瓷样品特性参数描述'>第三章 BiFeO3基陶瓷样品特性参数描述
  • 3.1 样品的介电特性参数
  • 3.1.1 介电常数
  • 3.1.2 电极化及其微观机制描述
  • 3.1.3 介电损耗
  • 3.2 样品的铁电特性参数
  • 3.2.1 剩余极化强度
  • 3.2.2 电滞回线和电畴
  • 3.3 样品结构的X 射线衍射分析原理
  • 第四章 实验
  • 4.1 样品的制备
  • 3陶瓷样品的制备方法'>4.1.1 BiFeO3陶瓷样品的制备方法
  • 3薄膜的制备方法'>4.1.2 BiFeO3薄膜的制备方法
  • 1-xEuxFe1-yCoyO3陶瓷样品的制备'>4.2 Bi1-xEuxFe1-yCoyO3陶瓷样品的制备
  • 4.3 样品特性参数的测量
  • 1-xEuxFe1-yCoyO3样品电阻率的测量仪器和方法'>4.3.1 Bi1-xEuxFe1-yCoyO3样品电阻率的测量仪器和方法
  • 1-xEuxFe1-yCoyO3介电性能参数的测量'>4.3.2 Bi1-xEuxFe1-yCoyO3介电性能参数的测量
  • 1-xEuxFe1-yCoyO3磁电耦合系数的测量'>4.3.3 Bi1-xEuxFe1-yCoyO3磁电耦合系数的测量
  • 第五章 实验结果以及讨论
  • 5.1 样品结构的X 射线衍射结果及分析讨论
  • 1-xEuxFe1-yCoyO3样品电阻率的测算结果与讨论'>5.2 Bi1-xEuxFe1-yCoyO3样品电阻率的测算结果与讨论
  • 1-xEuxFe1-yCoyO3样品介电性能的测算结果与讨论'>5.3 Bi1-xEuxFe1-yCoyO3样品介电性能的测算结果与讨论
  • 1-xEuxFe1-yCoyO3样品介电常数随频率的变化'>5.3.1 Bi1-xEuxFe1-yCoyO3样品介电常数随频率的变化
  • 1-xEuxFe1-yCoyO3样品介电损耗随频率的变化'>5.3.2 Bi1-xEuxFe1-yCoyO3样品介电损耗随频率的变化
  • 1-xEuxFe1-yCoyO3样品介电性能参数随Eu、Co 含量的变化'>5.3.3 Bi1-xEuxFe1-yCoyO3样品介电性能参数随Eu、Co 含量的变化
  • 1-xEuxFe1-yCoyO3样品的磁介电耦合系数随Eu、Co 含量的变化'>5.3.4 Bi1-xEuxFe1-yCoyO3样品的磁介电耦合系数随Eu、Co 含量的变化
  • 第六章 总结与展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读硕士期间的研究成果

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