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《华东师范大学》 2009年
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铁酸铋材料的制备与性能研究

张秀华  
【摘要】: BiFeO_3是少数在室温下同时具有铁磁性和铁电性的铁磁电材料之一,作为一种典型的单相多铁性材料,铋铁氧体(BiFeO_3)具有钙钛矿结构,在室温下呈现反铁磁有序(尼尔温度为673K)和铁电有序(铁电居里温度为1103K)。BiFeO_3的剩余极化值Pr可以达到90μC/cm~2,接近强铁电材料锆钛酸铅(Pb(Zr_xTi(1-x))O_3)的性能,成为无铅铁电材料的重要候选材料之一。因此,BiFeO_3在新型存储器件,自旋电子器件方面都有广泛的应用前景。目前,尽管通过解决BiFeO_3薄膜的漏导电流获得了大的剩余极化,其在室温下弱的磁性却没有得到很大的改善。因此如何增强BiFeO_3的磁性是目前急需解决的问题。另一方面,BiFeO_3中Fe容易出现变价,导致漏导电流增加,也影响其本身的磁学性质。因此如何获得纯相BiFeO_3也很重要。 本文的主要研究内容和结果摘要如下: 1.采用简单易操作的溶胶-凝胶法,用价格低廉的无机盐作原料在SiO_2/Si衬底上制备出钙钛矿结构BiFeO_3薄膜和BiFeO_3/PZT铁电铁磁复合薄膜。采用燃烧法用无机盐作材料在低温(180℃左右)下制备了BiFeO_3粉末。 2.采用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)对样品进行微结构测试。BiFeO_3薄膜在500℃退火后已经开始出现BiFeO_3主晶相(110),随着退火温度的升高,衍射峰强度增加,半高宽度逐渐减小,晶粒平均尺寸逐渐增大,但在600℃退火时出现杂相峰,可见退火温度对薄膜的结构产生重要影响。在10层底电极(LaNiO_3)上生长的BFO/PZT复合薄膜比在5层底电极上生长的薄膜的衍射峰的强度明显地增加了,半峰宽也变宽了。经过600℃退火后,整个复合薄膜表面看起来比较理想,缝隙基本填满,晶粒大小均匀、饱满、致密,晶粒尺寸约为100nm。在180℃时制备的粉末,已经出现了BiFeO_3的衍射峰,表明在低温下就可以合成铁酸铋粉末,发现经500℃退火的粉末有团聚现象。3.用X光电子能谱(XPS)、热分析系统(TG-DTA)对样品的成分和相变进行了分析。TG曲线在100℃-200℃之间有较大的失重,对应于溶胶中水和有机物的挥发和分解。DSC曲线在830℃出现一个峰,此温度与BFO的铁电相变温度接近。BFO粉末的XPS图在Bi4f的谱图中出现两个对称的峰,分别位于164.0eV和158eV,对应于Bi4f_(5/2)和Bi4f_(7/2),Fe2p的XPS谱图中观测到两个对称的峰,对应Fe2p_(3/2)和Fe2p_(1/2)。Ols的XPS谱图中是一个不对称的宽峰。 4.对BFO薄膜进行了电学测试包括电滞回线、介电损耗和C-F曲线。500℃退火的BFO薄膜具有窄的电滞回线,相应的剩余极化强度为2.49μC/cm~2,随着退火温度的升高,薄膜的铁电性显著增强。550℃、600℃退火的薄膜的剩余极化强度分别为4.51μC/cm~2、9.74μC/cm~2。说明低温退火时,薄膜的晶化程度较差,随着退火温度的升高,薄膜的晶化程度越来越高,但是过高的退火温度又会带来大的漏导电流。 5.对BFO粉末进行了磁滞回线和居里温度的测试,经测试粉末的尼尔温度在380℃左右与其它文献报道基本一致。低温(180℃~400℃)退火时温度对粉末的磁学性能影响不大,但在高温(500℃~700℃)退火时温度对粉末的影响就非常大。
【学位授予单位】:华东师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TB383.1

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【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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