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多铁Bi1-xLax(Mn1-yFey)O3的结构与电磁性能研究

2020-12-17阅读(972)

多铁Bi1-xLax(Mn1-yFey)O3的结构与电磁性能研究

论文摘要

多铁性材料是一类同时具有两种或两种以上单一铁性（如铁磁-反铁磁性,铁电-反铁电性,及铁弹性）的材料,而且不同铁性之间的耦合协同作用可产生一些新奇的效应,例如,磁化强度和自发极化之间的磁电耦合效应,这些多功能特性为多铁性材料在电子器件等领域开启新的应用前景。在众多的多铁性材料中,BiMnO3因同时具有铁磁性和铁电性而备受人们关注。然而,因Bi基化合物的不稳定性和易挥发性,使得很难实现单一钙钛矿相的BiMnO3,另一方面,BiMnO3具有较低的铁磁转变温度Tc和室温下的高漏导性,这些都极大地限制了BiMnO3可能的应用。本文采用溶胶-凝胶法制备了多铁性Bi1-xLaxMnO3和Bi0.8La0.2Mn1-xFexO3陶瓷样品材料,研究了烧结温度对Bi1-xLaxMnO3样品钙钛矿相的影响,从而得到了制备单一钙钛矿相Bi1-xLaxMnO3的最佳烧结温度为一窄小的温区（925-950℃）,并在此基础上研究了La掺杂对Bi1-xLaxMnO3的结构和磁性能影响。最后在确定最佳烧结温度和La掺杂含量之后,进一步研究了在Mn位掺杂Fe对Bi0.8La0.2Mn1-xFexO3样品的结构与电磁性能的影响。全文分为四章,各章的主要内容可概括如下：第一章本章简单回顾了多铁性材料的研究及其进展,介绍了单相多铁材料匮乏的原因和几种实现铁电铁磁共存的机制。重点介绍了BiMnO3的结构和电磁性能,在此基础上,介绍了目前BiMnO3研究中面临的一些问题,并根据相关文献提出了一些可能提高BiMnO3电磁性能的方法与方案。第二章本章主要介绍了本论文中Bi1-xLaxMnO3和Bi0.8La0.2Mn1-xFexO3样品的制备和测试表征等方法,并对每次测试的实验细节和仪器做了简要的说明。第三章本章研究了烧结温度和La掺杂依赖的Bi1-xLaxMnO3（BLMO,0.1≤x≤0.4）样品的结构和磁性能,我们的结果显示存在一个窄小的温度区间（925-950℃）,在此温度区间烧结的BLMO具有稳定的钙钛矿相。随着La掺杂减少,样品中BLMO钙钛矿相减弱,铁磁转变温度（Tc）由53K降至41K,而饱和磁化强度经历了先降低再升高的变化。这可归因于La含量较少的样品中Bi空位浓度的增加诱导了Mn-O-Mn键角的减小和局域Mn4+离子的增多,使得Mn3+和Mn4+离子的铁磁超交换增强和Mn?+离子的dz2轨道有序受到局域破坏。第四章在最佳烧结温度和La掺杂的条件下,本章我们研究了在B位掺杂Fe对Bi0.8La0.2Mn1-xFexO3（BLMFO,0≤x≤0.9）样品的结构和电磁性能的影响。XRD测试显示x=0,0.1的样品的结构具有正交对称性,而x=0.3-0.9的样品的结构则具有四方对称性,研究发现样品的磁性能与其单胞结构有强烈的依赖关系。M-T曲线和M-H曲线测量显示出样品的磁相为：x=0,0.1的样品为FM态,随Fe含量x值的增加,样品的发生FM-AFM转变,x=0.3-0.9的样品表现出FM-AFM共存的磁特征。另外,P-E曲线测量表明样品的铁电性随Mn含量的增加逐渐减弱,这归因于过量的Mn离子会导致样品中Fe2+离子含量的增加,从而增加样品的漏导。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 目录
  • 第一章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 多铁材料的研究进展
  • 1.2.1 多铁材料的研究背景和发展历史
  • 1.2.2 多铁材料的磁电耦合效应
  • 1.2.3 铁磁性和铁电性的互斥性
  • 1.2.4 铁磁性和铁电性共存的机制
  • 3'>1.3 多铁性BiMnO3
  • 3的晶体结构'>1.3.1 BiMnO3的晶体结构
  • 3的磁性能'>1.3.2 BiMnO3的磁性能
  • 3的铁电性'>1.3.3 BiMnO3的铁电性
  • 3的磁电相互作用'>1.3.4 BiMnO3的磁电相互作用
  • 3研究中存在的问题和性能改善'>1.4 BiMnO3研究中存在的问题和性能改善
  • 3研究中存在的问题'>1.4.1 BiMnO3研究中存在的问题
  • 3性能的改善'>1.4.2 BiMnO3性能的改善
  • 1.5 本章小结
  • 参考文献
  • 1xLaxMnO3、Bi0.8La0.2Mn1-xFexO3样品的制备、表征与测试'>第二章 Bi1xLaxMnO3、Bi0.8La0.2Mn1-xFexO3样品的制备、表征与测试
  • 2.1 引言
  • 2.2 样品的制备
  • 2.2.1 前躯体溶液的制备
  • 2.2.2 陶瓷样品的制备
  • 2.3 测试与分析
  • 2.3.1 结构分析
  • 2.3.2 傅里叶红外光谱分析
  • 2.3.3 差热-热重分析
  • 2.3.4 扫描电子显微镜分析
  • 2.3.5 磁性能分析
  • 2.3.6 铁电性能分析
  • 2.4 本章小结
  • 参考文献
  • 1-xLaxMnO3结构及磁性能的影响'>第三章 烧结温度、La掺杂对Bi1-xLaxMnO3结构及磁性能的影响
  • 3.1 引言
  • 3.2 烧结温度对BLMO钙钛矿相的影响
  • 3.3 La掺杂对BLMO结构的影响
  • 3.4 La掺杂对BLMO磁性能的影响
  • 3.5 本章小结
  • 参考文献
  • 0.8La0.2Mn1-xFexO3的结构和电磁性能研究'>第四章 Bi0.8La0.2Mn1-xFexO3的结构和电磁性能研究
  • 4.1 引言
  • 4.2 BLMFO样品的结构特征
  • 4.2.1 X射线衍射分析
  • 4.2.2 扫描电子显微镜分析
  • 4.4 BLMFO的铁电性
  • 4.5 BLMFO的磁性能
  • 4.6 本章小结
  • 参考文献
  • 第五章 结论和展望
  • 5.1 结论
  • 5.2 研究展望
  • 致谢
  • 攻读硕士学位期间的研究成果

    • 相关论文文献

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