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《兰州理工大学》 2011年
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静电纺丝技术制备多铁性YMnO_3纳米纤维与表征

陈小婷  
【摘要】:多铁性材料是指材料的同一个相中包含两种及两种以上铁的基本性能(反铁电性、反铁磁性、铁弹性等)。它不但具备各种单一的铁性,而且通过铁性的耦合复合协同作用,还同时具有一些新的效应,大大拓宽了它的应用范围。YMnO_3是一种集铁电性与反铁磁性于一体的多铁性材料,其介电常数低,只有单一的极化轴,没有挥发性的元素等特点而成为非挥发性记忆存储器的候选材料。YMnO_3薄膜的制备及其物性的研究是近年来科研人员关注的热点之一,然而对其一维材料的研究还很少见报道。 一维纳米材料由于其独特的优良性质而在光学、复合材料、传感器、催化剂等方面有广阔的应用前景。目前制备一维纳米材料的方法很多,在众多方法中静电纺丝法被认为是制备各种形貌的纳米纤维的一种简单易行的方法,其设备的廉价,操作方法的简单,效果的显著。静电纺丝法可以制备得到超长的,定向排列的,形貌和尺寸都可控的且直径较细的纳米纤维,且其还可以很容易制备多组分体系的纳米纤维,而后除去其中一组分便可得多孔纳米线,多孔纳米管,这种非织造布的有纳米级微孔的多孔材料,比表面积很大,有很广泛的用途。 本论文通过溶胶-凝胶法结合静电纺丝技术制备了YMnO_3和Y_(1-x)Ce_xMnO_3无机纳米纤维。搭建了内嵌4根平行排列细铜丝的喷丝头的静电纺丝及有序收集装置。实验研究了静电纺丝的影响参数,总结出此实验条件下的最佳纺丝参数:溶液浓度为26 wt.%,纺丝电压为15 kV,接收距离为10 cm,收集板转速的为1000 rpm。并在最佳纺丝参数条件下制备出表面光滑,定向排列,形貌均一,平均直径都在150~200 nm且纤维的长度可以达数米的YMnO_3/PVP及Y_(1-x)Ce_xMnO_3/PVP复合纳米纤维。然后对复合纳米纤维在不同温度下进行热处理,最后得到直径为70~100 nm,表面光滑,呈莲藕状的无机纳米纤维。 通过振动样品磁强计和铁电测试系统分别测试并分析了YMnO_3和Y_(1-x)Ce_xMnO_3纳米纤维的磁性能与铁电性能。实验发现:H-YMnO_3单晶纳米纤维在300 K时,M-H曲线有明显的回线特征,说明其在室温下呈现弱铁磁性。当反铁磁材料的尺寸降到纳米尺度时,其出现弱的铁磁性,故这种弱铁磁性可解释为由于纳米纤维的小尺寸效应产生的。P-E曲线表明H-YMnO_3单晶纳米纤维具有明显的铁电性能,在频率1000 Hz,60 kV/cm的测试电场下,测得其剩余极化强度为Pr=9.83μC/cm~2 ,矫顽场Ec=30.42 kV/cm。在室温(T=300 K)下测得,Y_(1-x)Ce_xMnO_3纳米纤维也有弱铁磁性和明显的铁电性。
【学位授予单位】:兰州理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TB383.1

【引证文献】
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