BiFe_（1-x）Co_xO_3陶瓷和薄膜的溶胶—凝胶法的制备

【摘要】： 多铁性材料是指同时具有铁电有序和磁有序。其中引起人们最关注的是铋铁氧体(BiFeO_3),其同时具有铁电有序(铁电居里温度为1103K)和反铁磁有序(尼尔温度为673K)。最近报道表明,电阻大的外延和多晶的BiFeO_3薄膜具有大剩余极化强度(Pr),例如(001)择优取向的BiFeO_3剩余极化强度可达到90μC/cm~2,接近常用的铁电材料锆钛酸铅(PbZr_xTi_(1-x)O_3)的性能,成为无铅铁电材料的重要候选材料之一。因而,BiFeO_3在信息存储器件和自旋电子器件中应用有着潜力。本文研究了BiFe_(1-x)Co_xO_3陶瓷和BiFe_(1-x)Co_xO_3薄膜的溶胶-凝胶制备方法。 本文研究的主要内容和结果如下: 1.用溶胶-凝胶法制备BiFeO_3胶体,采用快速烧结工艺,得到了单相的BiFeO_3陶瓷,为制备BiFeO_3提供了一种新的途径,这种简单易行的方法为研究和改善BiFeO_3的性质,提供了方便。并且研究了单相BiFeO_3的结构、铁电和铁磁性能。 2.制备了BiFe_(1-x)Co_xO_3样品,研究了Co掺杂对BiFeO_3结构和性能的影响,发现Co取代并未改变BiFeO_3的结构,Co替代后,BiFeO_3有少量Bi_(25)FeO_(40)相。并且研究了BiFe_(1-x)Co_xO_3的铁电性能。 3.采用溶胶—凝胶方法成功的在ITO/玻璃衬底上制备了500℃至600℃退火的BiFeO_3薄膜,制备的500℃和550℃退火的BiFeO_3薄膜为(110)择优取向的单相,而600℃退火的BiFeO_3薄膜为完全的随机取向,其主相与500℃和550℃退火的BiFeO_3薄膜一致,但含有少量Bi_2Fe_4O_9。500℃退火的BiFeO_3薄膜的剩余极化强度为0.86μC/cm~2。550℃和600℃退火的BiFeO_3薄膜均未观察到标准的电滞回线图。 4.在ITO/glass衬底上制备的500℃退火的BiFe_(1-x)Co_xO_3(x取0.00到0.15)薄膜。XRD测试表明所有的薄膜都为(110)择优取向,并且当x增大到0.15,开始出现Bi_2O_3和Fe_2O_3杂相。通过Co的替代使薄膜的晶粒变小,薄膜的致密度增强,铁电性测试的测试电场也得到相应增加。在不同测试电场下得到x=0.00,0.05,0.10和0.15的BiFe_(1-x)Co_xO_3薄膜的Pr值分别为0.86μC/cm~2,1.72μC/cm~2,1.74μC/cm~2和3.54μC/cm~2。磁性的测量表明Co的掺杂的薄膜BiFe_(0.9)Co_(0.1)O_3的磁性较BiFeO_3薄膜明显增强。