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新型层状铁电—铁磁复合材料的合成与表征

杨卫明  
【摘要】: 铁电—铁磁复合材料是一种多功能材料,它是由两种单相材料——铁电相与铁磁相材料经一定方法复合而成。铁电—铁磁复合材料的磁电转换功能是通过铁电相与铁磁相的乘积效应来实现的,这种乘积效应即磁电效应(Magnetoelectric Effect)。由于铁电—铁磁复合材料的独特性质,其在微波领域、高压输电线路的电流测量、宽波段磁探测、磁场感应器等领域有着广泛而重要的用途。 为了探索一种新型的铁电—铁磁功能复合材料,本研究选择了三层类钙钛矿结构的Sr_2KM_3O_(10)(M=Nb,Ta)作为起始层状化合物原料,尝试用热稳定的Fe_3O_4作柱子来支撑该物质。由于Sr_2KM_3O_(10)的结构特征,其正负电荷中心不重合致使其微观结构内部存在自发极化,因此具有铁电性;又因Fe_3O_4是一种众所周知的亚铁磁性物质,如果能把Fe_3O_4插入到Sr_2KM_3O_(10)的层间位置,让它们在纳米尺度上进行复合,势必得到一种新型的铁电—铁磁功能复合材料。 采用固相反应法合成了插层主体材料Sr_2KM_3O_(10)(M=Nb,Ta),经过强酸酸化得到Sr_2HM_3O_(10)。由于直接与含铁物质进行离子交换得不到Fe_3O_4柱铌酸盐,因此采用分步交换法,先通过有机胺预撑电荷密度大的铌酸盐类钙钛矿层,制备了正丙胺、正丁胺和正己胺柱铌酸盐,使得其层间有较大的空隙,能够允许插层剂(插层客体)离子的进入,再插入含铁的插层剂离子。含铁插层剂采用[Fe_3(OCOCH_3)_7OH·H_2O]NO_3,其多核铁有机聚合阳离子与有机胺一样具有比较大的线度,在离子交换反应中有利于保持钙钛矿层板的稳定。然后,在高温下分解掉有机成分,合成了Fe_2O_3柱铌酸盐;再利用水蒸气饱和了的氢气在500℃下还原Fe_2O_3最终得到Fe_3O_4柱铌酸盐。 研究中,通过化学分析、电子探针(EPMA)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、热分析(TG-DSC)、红外光谱(IR)等分析手段对相应产物进行了表征,并采用rt6000hvs铁电测试系统和横河-35直流磁场磁滞循环扫描仪(YEW-3257)初步研究了Fe_3O_4柱铌酸盐的铁电性及磁性。


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