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Sr_(0.5)Ba_(0.5)Nb_2O_6/Ni_(0.8)Zn_(0.2)Fe_2O_4基复合磁电陶瓷

李永江  
【摘要】:磁电效应是指材料在外磁场作用下产生电极化、或在外电场作用下产生诱导磁化的现象。具有磁电效应的磁电材料可以实现磁场和电场之间的相互转换,可望应用于传感器、微位移器、换能器以及磁电存储器中。为了获得具有更大磁电效应的磁电材料新体系,作者依据磁电材料设计的基本规律,提出利用四方钨青铜结构的弛豫型铁电体Sr_(0.5)Ba_(0.5)Nb_2O_6作为复合材料的铁电相以获得大的磁电效应的新思路。这种方法突破了以往在设计复合磁电材料中铁电相囿于钙钛矿结构的限制。本实验系统地研究了四方钨青铜结构的弛豫型铁电体Sr_(0.5)Ba_(0.5)Nb_2O_6与立方尖晶石结构的铁磁体Ni_(0.8)Zn_(0.2)Fe_2O_4共存的复合磁电陶瓷的介电、磁电性能。 采用固相烧结法制备了(1-X)Sr_(0.5)Ba_(0.5)Nb_2O_6/xNi_(0.8)Zn_(0.2)Fe_2O_4(x=0、0.1、0.2、0.3、0.4和0.5)致密陶瓷。在整个烧结过程中Sr_(0.5)Ba_(0.5)Nb_2O_6和Ni_(0.8)Zn_(0.2)Fe_2O_4两相是相互共存的,两者之间没有发生化学反应产生杂质或中间相。烧结后的致密陶瓷通过氧气氛退火后,能很好地极化和磁化,并观察到明显的磁电效应。当铁电相Sr_(0.5)Ba_(0.5)Nb_2O_6含量为70mol%时,复合磁电陶瓷具有最大磁电耦合系数,达到26.6mV/cm/Oe,远高于在复合磁电陶瓷单相材料中获得的最大磁电耦合系数。Sr_(0.5)Ba_(0.5)Nb_2O_6/Ni_(0.8)Zn_(0.2)Fe_2O_4复合磁电陶瓷的磁电效应具有很强的成分敏感性,温度敏感性以及频率敏感性,因此可以通过改变复合陶瓷的微结构组成及制备工艺来提高磁电耦合系数。 另一方面,Sr_(0.5)Ba_(0.5)Nb_2O_6/Ni_(0.8)Zn_(0.2)Fe_2O_4复相陶瓷除了具有可观的磁电效应,同时具有非本征介电弛豫及与之相关的巨介电常数。当在材料表面施加电场时,空间电荷会由于两相不同的电导率而积聚在两相之间的界面周围,从而产生表观上很高的介电常数,这为探索新型巨介电常数材料开辟了一条可能的新途径。作者使用等效RC电路分析并解释了复合陶瓷的阻抗特性,并在介电分析中观察到了一种类似于Debye弛豫的介电异常现象。样品的介电常数表现出很强的组分敏感性及频率敏感性,随着铁磁相Ni_(0.8)Zn_(0.2)Fe_2O_4含量的增加或是测试频率的降低,复合陶瓷的介电常数都会迅速增大。在室温到100℃之间,0.7Sr_(0.5)Ba_(0.5)Nb_2O_6/0.3Ni_(0.8)Zn_(0.2)Fe_2O_4的样品,在100kHz下测得的介电常数(ε'~3500)表现出良好


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