YMnO3基多铁体的制备与表征

论文摘要

本文从非晶及掺杂两个方面研究YMnO3多铁材料的结构及性能。与晶体结构材料相比,非晶结构的材料具有独特的性能,如好的导电性及磁性能。对于短程有序的非晶结构材料,虽然不具备像晶体结构的长程有序的结构,但是这并不影响它的磁学的性质。因此对非晶的多铁材料的研究可以让我们理解更多的关于它的铁磁性能及铁电耦合的作用规律。但是非晶材料的制备,特别是非晶多铁材料的制备一直是材料科学中的研究难点。本文用机械合金化的方法在室温的条件下合成了具有非晶结构的YMnO3粉末。通过对球磨40h的样品粉末XRD分析发现,在XRD图谱中出现非晶结构的典型光环峰（Diffuse Haloes and Smooth Peak）,证实了非晶结构的YMnO3粉末的生成。用差热（DTA）分析发现在1009K左右,出现了非晶到结晶的转变峰,这进一步证实了这种粉末具有非晶结构。通过用量子磁测量仪（SQUID）测量非晶的磁极化系数随温度变化的曲线发现,具有非晶结构的YMnO3的反铁电转变温度为40K,比报道的晶体结构的Neel温度（80K）低。Fe3+和Cr3+离子半径与Mn3+相近,但是所形成的YFeO3和YCrO3具有与YMnO3不同的晶体结构类型。因此对Fe和Cr掺杂的研究可以让我们了解更多关于六方结构的YMnO3结构及性能。更重要一点,由于长期以来对YMnO3材料铁电转变温度一直存在争议,通过Fe和Cr掺杂的研究,可以揭示结构对铁电有序的转化温度的影响。本文用传统的固相合成法,用二氧化锰（MnO2）及氧化钇（Y2O3）作为原理成功地合成了单相YMnO3。通过XRD及红外、拉曼光谱分析发现,当Fe掺杂量达到20%（摩尔比）,或Cr掺杂量达到5%时,出现了正交结构的第二相。研究发现在Fe掺杂过程中晶格常数c随Fe的含量增大而增大,而在Cr掺杂过程当中,晶格常数a和c都随Cr的含量增加而增加。通过对单相的YMnO3介电常数随温度变化测量发现,TC和T0分别为821K和913K,与文献所报道的相符。然而在测量介电常数随温度变化曲线过程中,,我们发现在573K左右有一个新的相变点。据我们所知还没有对相关转变点的报道。这个转变点在Fe和Cr微量掺杂的单相六方结构中更为明显。在YMnO3和YMn0.9Fe0.1O3的tanδ- T曲线中,在573K到623K也发现异常变化,这很好的证实了这个相变点的存在。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• ACKNOWLEDGEMENTS
• 1. Introduction
• 1.1 The Conception of Multiferroics
• 1.1.1 Ferromagnetism and Antiferromagnetism
• 1.1.2 Ferroelectricity
• 1.1.3 Multiferrics
• 1.2 Hexagonal YM1103
• 1.2.1 Introduction of YM1103
• 1.2.2 The Effect of Doping
• 1.3 Main Work
• 2. Experimental
• 2.1 Preparing for Samples
• 2.1.1 Raw Materials
• 2.1.2 Mixing of Powder
• 2.1.3 Calcination
• 2.1.4 Shaping
• 2.1.5 Sintering
• 2.2 Characterization
• 2.2.1 Density Measurement
• 2.2.2 XRD
• 2.2.3 Infrared Spectroscopy （IRS）
• 2.2.4 Raman Spectroscopy （RS）
• 2.2.5 Dielectric property
• 3. Structure, Chemical and Magnetic Properties of Amorphous YM1103
• 3.1 Experimental Procedures
• 3.2 XRD Patterns
• 3.3 Microsturcture
• 3.4 DTA Curve
• 3.5 Magnetic Properties of Amorphous YM1103
• 3.6 Conclusion
• 4. Structure, Chemical and Dielectric Properties of Fe- and Cr- doped YM
• 4.1 Density
• 4.2 Structure and Lattice Parameter
• 4.3 Microsturcture
• 4.4 Infrared Spectroscopy
• 4.5 Raman Spectroscopy
• 4.6 Dielectric Constant with Temperature
• 4.7 Conclusion
• 5. Conclusion
• 5.1 Conclusion
• 5.2 Future Work
• References