收藏本站
《兰州大学》 2019年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

低维铁氧体离子占位的原子尺度显微分析及其磁学性能研究

曾雪  
【摘要】:磁性铁氧体材料的微观原子结构决定了其宏观磁学性能,深入研究铁氧体材料微结构与磁学性能之间的关系,对于调控和优化其磁学性能以及构造新型功能性器件具有重要的指导意义。在本论文中,以具有丰富结构类型和优异磁电性能的低维铁氧体作为研究对象,利用具有亚原子分辨率的球差矫正电子显微镜,系统地研究和解析了三种典型铁氧体(包括尖晶石型、磁铅石型和石榴石型)的精细微结构,结合常规的物性测试手段、理论分析模拟以及第一性原理计算等,深入阐释了其微观原子结构与宏观磁性能之间的本质联系,并通过元素掺杂的诱导方式来进一步研究铁氧体微结构变化对其宏观磁学性能的影响,这对于实现精确调控其磁电性能以及设计和制备高性能铁氧体具有重要的意义。本论文的主要研究内容概括如下:1.单颗粒链CoFe_2O_4纳米纤维的制备、微观表征及磁化翻转研究研究了钴铁氧体纳米纤维微观晶体结构与磁结构间的关系,并利用微磁学模拟研究了其动态磁化翻转过程。采用静电纺丝法成功制备出单颗粒链的CoFe_2O_4纳米纤维,结合扫描电子显微镜和透射电子显微镜,对其形貌、化学组成以及两颗粒之间的界面进行了系统地表征,结果表明纳米纤维具有连续的结构和相对均匀的分布,单颗粒链由单个颗粒沿着纤维长轴堆垛生长而成,且每个颗粒具有随机的晶体取向。随后利用离轴电子全息技术对单根CoFe_2O_4纳米纤维的磁结构进行观测,得到其零场下的磁化分布图,结合理论计算和微磁学模拟均表明,磁化翻转方式为一致翻转。2.反尖晶石型CoFe_2O_4纳米纤维阳离子占位的直接观测以及磁学性能研究了理想反尖晶石型钴铁氧体微结构与磁性能间的关系。采用球差矫正电子显微镜首次观测到理想反尖晶石结构CoFe_2O_4中阳离子的精确占位,结果表明1/2 Fe~(3+)离子占据全部四面体位,剩余1/2 Fe~(3+)离子和全部Co~(2+)离子占据全部八面体位,Co~(2+)离子和Fe~(3+)离子在八面体位沿着[001],[011]和[-112]晶帯轴方向有序排列,比例为1:1,结合QSTEM软件模拟了三个晶帯轴方向的理论原子像,证实了钴铁氧体为理想的反尖晶石结构,同时模拟得到理论正尖晶石型原子像,与实验结果进一步对比发现,其原子占位与反尖晶石型刚好相反。随后对钴铁氧体的宏观磁学性能进行系统地测量,基于反尖晶石结构所做的理论饱和磁化强度计算值与磁性测量值完全一致,进一步证明了TEM观测结果的正确性。3.锌掺杂镁铁氧体中离子占位的原子尺度显微分析及其磁学性能。研究了正尖晶石型镁铁氧体微结构以及锌元素掺杂下其微结构变化对宏观磁性能的影响。通过球差矫正电子显微镜技术研究了镁铁氧体中阳离子的精确占位,结果表明,三个晶帯轴方向[001]、[011]和[111]的原子像与正尖晶石结构的原子排列相一致,证明了镁铁氧体具有理想的正尖晶石结构。随后又研究了锌掺杂的镁铁氧体中掺杂离子Zn~(2+)的取代和占位情况,结果表明,掺杂离子Zn~(2+)随机取代八面体位中的部分Fe~(3+)离子。结合系统的磁学性能测量可知,掺杂后的镁铁氧体饱和磁化强度增大,居里温度降低。4.稀土元素掺杂永磁体中掺杂位置的原子尺度显微分析及其磁性起源系统研究了具有复杂磁铅石结构的M型锶铁氧体的微结构和稀土元素镧掺杂锶铁氧体中的微结构变化及其磁性起源。首次拍摄出复杂磁铅石结构三个晶带轴方向[001]、[011]和[-112]的原子图像,并通过ABF技术得到氧原子的具体分布,结合QSTEM理论原子像模拟表明,拍摄得到的原子结构与理论的磁铅石原子结构完全一致。随后又直接观测得到La掺杂SrFe_(12)O_(19)铁氧体中掺杂原子的精确取代位置,即只有Sr~(2+)阳离子被La~(3+)阳离子随机取代,消除了之前文献报道中关于镧元素具体取代位置的众多争议。结合宏观磁性测量以及第一性原理计算,揭示了La~(3+)离子掺杂后位于四面体4f_1位的Fe~(3+)阳离子电子态发生变化,进而导致饱和磁化强度的增大,而八面体2a位的Fe阳离子电子态改变是为了保持体系电中性,这与实验观测中的原子级EELS结果相一致。5.石榴石型铥铁氧体薄膜的制备与离子占位的原子尺度显微分析。采用脉冲激光沉积法成功地在SGGG[111]晶带轴方向(置换型GGG)衬底上生长出单晶石榴石结构的外延Tm_3Fe_5O_(12)(TIG)铁氧体薄膜,并对其化学成分和界面信息进行了细致地表征,结果表明,TIG薄膜成分均一,与衬底的晶格匹配良好,界面清晰。随后又应用球差矫正的电子显微镜,对薄膜的微结构进行了详尽地表征,其四个晶带轴方向[0-11]、[012]、[11-2]和[1-22]的原子图像与理论石榴石原子结构完全一致,这对于进一步研究TIG薄膜微结构与磁性能间的关系以及构造新型自旋电子学器件起到指导性的作用。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TM277

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 罗文辉;;纳米铁氧体粉体的研究进展[J];中国粉体工业;2011年05期
2 高逸凡;;探析物质的磁性:CaSO_4掺杂对Ni-Zn铁氧体磁性能的影响[J];高中数理化;2017年Z2期
3 谭小平;张立辉;李升;聂盼;周雄;任逸;;以铁氧体为探头的温度测量仪器[J];科学中国人;2017年09期
4 杨文毅;郑晓华;王伟;张明熹;蔡永丰;张雁江;王传璐;李锋锋;沈毅;马雪刚;;固体废弃物制备铁氧体材料的研究进展[J];无机盐工业;2014年05期
5 廖飞;姬海宁;王娟娟;;铁氧体材料辐射效应的研究进展[J];材料导报;2014年11期
6 焦小莉;蒋荣立;吕慧;姚丽鑫;安茂燕;;离子掺杂改性铁氧体材料的研究进展[J];淮阴工学院学报;2011年03期
7 董凤强;黄学光;韩玉顺;聂稻波;李文静;孙瑞丰;;铁氧体材料产业专利技术发展状况分析[J];中国发明与专利;2011年12期
8 陈俊,王翔,周廷富,张瑜;雾化焙烧在制备高性能铁氧体材料方面的应用[J];有色金属(冶炼部分);2003年04期
9 渠涌;高频大功率铁氧体材料及其应用[J];电子科技大学学报;2002年05期
10 李爱侠,罗纲,赵宗彦,胡国光,尹萍,李文凤;混相铁氧体材料的结构分析[J];安徽大学学报(自然科学版);1999年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 范薇;吕宝顺;廖有良;藤阳民;;六角铁氧体材料的研究开发与产业化[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(上册)[C];2001年
2 冷观武;李俊;彭虎;;微波高温烧结铁氧体材料研究与实践[A];第三届永磁及软磁铁氧体技术交流会论文集[C];2004年
3 易容平;;一种低成本的石榴石铁氧体材料[A];第十二届全国磁学和磁性材料会议专辑[C];2005年
4 汪敢;戴京营;王友军;;低损耗5000/5000MnZn铁氧体材料[A];第二届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1995年
5 刘跃;刘颖;;钡铁氧体的高效合成[A];中国化学会第27届学术年会第08分会场摘要集[C];2010年
6 王公正;房喻;莫润阳;;微米复合铁氧体材料超声波吸收检测研究[A];中国化学会第九届全国应用化学年会论文集[C];2005年
7 马宁;王新刚;廖斌;;基于铁氧体材料的小型螺旋天线的仿真设计[A];第十六届全国微波能应用学术会议专刊(上册)[C];2013年
8 温丹莉;;铈对高功率材料旋矩性能的影响[A];第十二届全国磁学和磁性材料会议专辑[C];2005年
9 韩志全;;叠层片式电感用材料的低温烧结技术及低烧铁氧体材料[A];第三届永磁及软磁铁氧体技术交流会论文集[C];2004年
10 乔中兴;刘恺;;铁氧体同轴传输线脉冲锐化特性的研究[A];2015中国电磁兼容大会论文集[C];2015年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报特约撰稿 王群;铁氧体材料:电子战中的武器[N];中国国防报;2016年
2 王西永;日本FDK研制出新型铁氧体材料[N];中国汽车报;2003年
3 东电化(上海)国际贸易有限公司技术部经理 镰形利通;元器件:节能源头已获突破[N];中国电子报;2008年
4 韶关日报记者 黄捷文 通讯员 刘锡禧 林海滨;我市增两项国家重点新产品[N];韶关日报;2013年
5 本报记者 李映;TDK:适应市场新需求[N];中国电子报;2011年
6 记者 潘国义;增加新型环保材料 节约能耗15%以上[N];成都日报;2011年
7 本报记者  曹智辉 通讯员  周丽群;我市企业自主创新日渐活跃[N];韶关日报;2006年
8 刘锡禧;粤港重点突破项目我市3项中标[N];韶关日报;2007年
9 黄刚 阳开新;创新·完善 磁材“十五”科技发展思路[N];中国电子报;2001年
10 中国电子科技集团公司第九研究所 何水校;LTCF:移动通信领域大有作为[N];中国电子报;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 曾雪;低维铁氧体离子占位的原子尺度显微分析及其磁学性能研究[D];兰州大学;2019年
2 张晓智;面内取向BaM铁氧体膜的可控制备与磁学性质研究[D];清华大学;2017年
3 唐锦;磁铅石型Fe_2W铁氧体的制备、掺杂、形貌、结构及磁性研究[D];安徽大学;2019年
4 李剑;Z型六角铁氧体Sr_3Co_2Fe_(24)O_(41)的相组成及其磁电性能研究[D];武汉理工大学;2015年
5 向青云;铁氧体材料的原子氢化机理及改性研究[D];北京科技大学;2017年
6 张家敏;微波烧结制备Mn_xZn_(1-x)Fe_2O_4铁氧体材料的微观结构与磁性能[D];昆明理工大学;2017年
7 孟伟青;层状前体法制备铁氧体磁性材料的研究[D];北京化工大学;2004年
8 聂建华;高性能MnZn铁氧体材料的制备及机理研究[D];华中科技大学;2004年
9 郁黎明;纳米晶复合NiZn功率铁氧体的制备、结构与性能表征[D];上海大学;2005年
10 胡军;高磁导率NiZn铁氧体的低温烧结研究[D];浙江大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈慕云;硼掺杂MFe_2O_4(M=Ni、Mn)尖晶石铁氧体的磁性和阳离子分布研究[D];河北师范大学;2019年
2 张利;Fe@铁氧体复合磁粉芯的制备及性能研究[D];湖南大学;2018年
3 索强强;Mn-Zn铁氧体纳米粉体的制备与烧结特性研究[D];河北工业大学;2017年
4 赵彦婷;高磁导率石墨基磁性吸波材料的可控制备与电磁性能研究[D];浙江师范大学;2018年
5 侯志睿;Co_2Y型铁氧体(Ba_2Co_2Fe_(12)O_(19))吸波材料的制备与改性研究[D];江苏大学;2018年
6 徐海霞;NiZn铁氧体的制备及其在电光源中的应用[D];中国计量大学;2017年
7 何昕;面向铁氧体裂纹检测的高频电源研制[D];中国计量大学;2017年
8 宋凯;Co_2Z六角铁氧体制备及其室温磁电耦合效应研究[D];华中科技大学;2017年
9 刘杰灵;应用于NFC系统的MgCuZn铁氧体磁特性研究[D];华中科技大学;2017年
10 张云昱;磁性铁氧体MnFe_2O_4对染料刚果红/甲基蓝的吸附性能研究[D];辽宁大学;2013年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026