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新型六方钙钛矿的合成、结构、相变及性质研究

朱红  
【摘要】:本文采用高温固相法合成了几种新型的六方钙钛矿氧化物。利用X射线衍射对材料的物相进行分析,利用X-射线能量散射光谱进行元素分析,并研究了化合物的电性质和磁学性质。主要的研究结果包括以下三部分: 一、采用高温固相法合成12R-Ba4YMn3O11.5的陶瓷片,然后在800℃下不同的气氛中处理12R-Ba4YMn3O11.5陶瓷片,物相并没有发生明显变化,当提高温度到1450℃时,在N2中还原处理12R-Ba4YMn3O11.5的陶瓷片,物相会发生改变,形成6H-Ba4YMn3O11.5-δ其中Mn的氧化态表现为+3与+4的混合价态。交流阻抗数据显示,6H物相中晶粒的电阻在30℃时可以达到107Ωcm,比12R物相的电阻值增大了约四个数量级。除此之外,介电性能也降低很多,其介电常数εr-17。 二、采用高温固相法合成了Ba4GdMn3O11.5-δ的陶瓷片,并采用X射线衍射数据对其结构进行精修。相比Ba4YMn3O11.5-δ的体系,用原子半径相近的稀土元素Gd取代Y,也同样可以得到类似于Ba4YMn3O11.5-δ体系的随氧缺失引起的从12R到6H结构变化,利用交流阻抗谱表征了两个物相的电性质。基于Gd3+的4f7电子构型,Mn3+/Mn4+的3d4/3d3电子构型,测量了Ba4GdMn3O11.5-δ的磁性数据,讨论了磁性离子可能的d-d和f-d电子交换作用。 三、探索了化学式为Ba6M2M'2M"2O17(M=Ca、Na; M'=Nb、Ta、V、P; M"=Ti、 V、P、Mn)的一系列六方钙钛矿氧化物的合成条件;对主要物相的结构进行精修;依据最终得到的目标产物,总结B位离子的尺寸和价态对六方钙钛矿结构稳定性能的影响。目前合成的六方钙钛矿氧化物中,已经获得纯相的有Ba6Na2M'2Mn2O17(M'=Nb、Ta),对它们的X射线衍射数据进行Topas精修,可以得出它们都是一种六层的钙钛矿结构,空间群为p3m1,对合成出的纯物相进行介电性质,导电性质及磁性表征。Ba6Ca2Nb2Ti2O17为一种12H的六方钙钛矿结构,但是在六方物相中,一直存在一立方相,当改变A、B位离子的相对原子半径时,立方相和六方相之间存在一定的相平衡关系。


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