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多铁性材料的制备及性能表征

王敏  
【摘要】:多铁性材料是最近几年发展起来的一类磁电功能材料,它集铁磁性和铁电性于一体,并且两者之间存在耦合效应,因而在信息储存、自旋电子器件、磁传感器、电容-电感一体化器件以及微波技术领域有着广泛的应用前景。但是现有单相多铁性材料的磁相变温度非常低,多数只能在低温下才同时出现磁性和铁电性,以及磁电耦合效应。本课题根据多铁性研究的现状探索新的多铁性材料,实现室温下较强的多铁性能。一方面是在最新国际研究成果的基础上,通过技术创新和采用新的研究方法来制备单相多铁性材料并对其多铁性能进行表征;另一方面是通过采用新的磁性相来制备复相多铁性材料。通过研究发现了三种具有多铁性能的单相多铁性材料和一种采用新的磁性相的复相多铁性材料,并且对它们在室温下表现的多铁性能进行了研究。本论文对这四种多铁性材料实验研究的内容和结果包括: 1.纳米PbTiO3陶瓷的制备及其多铁特性表征 首次采用甘油为溶剂,通过前驱溶液法450℃煅烧合成纳米PbTiO3粉末,采用甘油做溶剂降低了合成温度。烧结温度可以有效控制材料晶粒尺寸和致密性。通过磁性和铁电性的测试观察到PbTiO3陶瓷磁极化强度和电极化强度都随着晶粒尺寸的降低而提高,并且纳米晶PbTiO3陶瓷的磁极化强度随着温度的降低而提高。现在科学家已经证明纳米PbTiO3陶瓷铁磁性的来源于晶粒表面的氧空穴。 2.单相Pb2Fe205多铁性陶瓷的制备和表征 首次采用甘油为溶剂通过前驱物法800℃下烧结制备出Pb2Fe2O5陶瓷。我们通过铁电测试证明了它铁电性的存在。同时通过磁性测试表明室温下Pb2Fe2O5陶瓷也具有铁磁性。总结得出Pb2Fe2O5陶瓷是一种新型的室温单相多铁性材料。 3.单相PbFe12O19陶瓷的制备及其多铁性表征 采用前驱物法在1000℃下烧结制备出了PbFe12O19陶瓷。通过铁电测试表明它具有较大的本征铁电性。通过对PbFe12O19晶体结构模型的研究推测出铁电性来源于Fe阳离子沿着b轴偏离氧八面体中心和O3和04阴离子沿着a轴的相反方向偏离八面体的原始位置所导致的O5-Fe-O6链偏离直线的扭曲。磁性的测试表明PbFe12O19同时具有大的铁磁性。总结得出PbFe12O19陶瓷是目前发现最好的室温单相多铁性材料。 4.复相PbFe12O19-PbTiO3多铁性陶瓷的制备和表征 首次采用甘油为溶剂通过前驱物法合成磁性相PbFe12O19,并且通过机械混合的方法合成以PbFe12O19为磁性相,以PbTiO3为铁电相的颗粒复相多铁性陶瓷。通过磁性和铁电性的测试表明室温下铁电性和铁磁性同时存在,并且随着磁性相比例的增加陶瓷的剩余磁化强度增加,而陶瓷的电极化强度降低。这为颗粒复相多铁性陶瓷的研究开辟了一条新的道路。


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