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Bi(Fe_(1-x)Co_x)O_3和Bi_5Ti_3(Fe_(1-x)Co_x)O_(15)陶瓷的制备及其铁磁、铁电性能

顾红星  
【摘要】:多铁性材料因同时具有铁电、铁磁、铁弹等单一性能和耦合性能,在传感、信息存储等领域有着潜在应用,已成为功能材料的研究热点。BiFeO3与BisTi3FeO15作为典型的单相多铁性材料备受关注,但是它们本身都是铁电与反铁磁的,所以通过一定方法使它们呈现出铁磁性具有重要意义,用磁性离子掺杂取代是改善其性能的一个有效途径。 本工作用固相反应法制备了Bi(Fe1-xCox)O3和Bi5Ti3(Fe1-xCox)O15陶瓷,研究了掺量对材料相结构、显微结构及性能的影响,探讨了掺杂改性的机理。 对于Bi(Fe1-xCox)O3(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.6,0.8,1.0)陶瓷试样,其制备工艺为:煅烧750℃/1 h,烧成810-850℃/1 h。随着Co掺量的增加,材料的主相由BiFeO3转变为Bi-Co-O相,杂相由Fe304依次转为CoFe2O4和C0304,说明Co在一定程度上能够进入Fe位。未掺杂试样晶粒较大、气孔较多、致密性低;掺入Co后,晶粒变细、气孔减少、致密度高。x≥0.4时,烧成温度明显降低。所有试样都具有铁磁性,且随Co的增加呈现出先增加后减小的趋势,铁磁性的强弱取决于其所含物相及含量。该体系陶瓷铁电性都较差,可能是试样中出现的Fe2+、Co2+与氧空位(或铋空位)使缺陷位置填充电荷,材料电阻率降低,漏电流增加。 对于Bi5Ti3(Fe1-xCox)O15 (x=0,0.25,0.5,0.75,1.0)陶瓷试样,其制备工艺为:煅烧1050℃/2 h,烧成950℃/2 h。x≤0.5时,材料的主相为四层BisTi3FeO15结构,x≥0.75时主相变为三层Bi4Ti3O12结构。x≤0.25时为单相材料,x≥0.5时产生Bi7.53Co0.47011.92杂相。未掺杂试样颗粒呈板片状,由细小、不均匀的片晶组成;x=0.25时,颗粒为均匀的层片状,厚度约5μm;x≥0.5时,颗粒粗化,均匀性降低。所有试样都具有铁磁性,并随Co的增加呈现出先增加后减小的趋势,铁磁性的变化与钙钛矿层中所含Fe3+和Co3+数量、材料物相组成及层状显微结构有关。该体系陶瓷铁电性随Co掺量的变化规律不明显,且都比未掺杂试样低,这可能是由于晶体结构的变化破坏了原来的内电场,使自发极化减弱,导致铁电性减小。该体系陶瓷的铁电性和铁磁性的变化规律不一致,有待进一步研究。


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