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Ba_6MNb_9O_(30)(M=Fe,Co,Ni)钨青铜陶瓷的介电与磁性能

刘盼盼  
【摘要】: 近年来,钨青铜陶瓷作为一类潜在的多铁性材料而受到越来越多的关注。本文系统地研究了Ba_6MNb_9O_(30)(M=Fe,Co,Ni)的结构以及介电、铁电和磁学性能,并分析了其铁电与磁学性能的结构根源与物理本质,得出下列主要结论。 Ba_6FeNb_9O_(30)陶瓷具有四方钨青铜结构,空间群P4bm,晶胞参数为:a=b=12.597(6)(?),c=3.989(1)(?),V=633.082(8)(?)~3。Ba_6FeNb_9O_(30)陶瓷的介电常数非常大,达到10~4~10~5数量级,并表现出强烈的频率色散,在123K~573K的温度范围内存在两个介电异常及一个介电常数平台。低温介电异常类似于弛豫铁电体,与钨青铜结构中的B位离子(Fe~(3+)和Nb~(5+))的无序分布有关;而高温介电行为跟电导有关。Ba_6FeNb_9O_(30)陶瓷5 K下测得瘦长非线性M-H曲线,这与钨青铜独特的结构和磁性离子(Fe~(3+))在其中的分布有关。 Ba_6CoNb_9O_(30)陶瓷具有四方钨青铜结构,空间群为P4bm。Ba_6CoNb_9O_(30)陶瓷的介电表现出很强的频率依赖性,在140 K-225 K的温度范围内存在一个明显的介电弛豫,表现为典型的弛豫铁电行为。对其介电弛豫峰值进行Vogel-Fulcher拟合,结果也表明其弛豫行为类似于弛豫铁电体中在冻结温度以上具有极化波动的自旋玻璃态。在低温和室温下分别测得的电滞回线,其剩余极化强度和矫顽场随温度的变化与介电弛豫过程一致,这也进一步说明了Ba_6CoNb_9O_(30)是弛豫铁电体。Ba_6CoNb_9O_(30)陶瓷在5 K下测得瘦长非线性M-H曲线,这与钨青铜独特的结构和磁性离子(Co~(3+))在其中的分布有关。 Ba_6NiNb_9O_(30)陶瓷主相为四方钨青铜相,空间群为P4bm。其介电性能具有很强的频率依赖性,存在一个明显的介电弛豫峰;同时伴随着一个介电异常,这与局部成分波动有关。Ba_6NiNb_9O_(30)在室温下具有弱的铁电性,剩余极化强度(2P_r)和矫顽电场(2E_c)分别约为2.08μC/cm~2和31.22 kV/cm。此外,Ba_6NiNb_9O_(30)陶瓷在5 K下具有瘦长非线性的M-H曲线,表现的弱磁性与钨青铜独特的结构和磁性离子(Ni~(3+))在其中的分布有关。


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