Bi5Ti3FeO15及Ni、Cr摻雜的陶瓷制備及鐵磁性能.pdf

1、隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展進步，對多功能器件的要求越來越迫切，同時具備鐵電性和鐵磁性的多鐵性材料逐漸成為科研工作者重點關注的對象。多鐵材料中的磁電耦合效應，在信息儲存、計算等方面還可能實現(xiàn)超高速讀寫。此外，在基礎理論物理方面，多鐵性材料的研究跨越凝聚態(tài)物理與材料科學兩個學科，提出了很多問題和挑戰(zhàn)，具有重要的科學意義。
　　在已知的各種多鐵材料中，層狀鈣鈦礦Bi5Ti3FeO15材料因為具有很多優(yōu)越的性能，如抗疲勞性、居里溫度高、漏電流小，

2、穩(wěn)定性好等，得到廣泛的關注。但此材料室溫條件下的鐵磁性非常弱，嚴重阻礙了Bi5Ti3FeO15材料作為多鐵材料的應用前景。
　　針對Bi5Ti3FeO15材料的鐵磁性能，已有報道多種不同磁性離子的B位摻雜實驗，但實際取得的效果并不理想。因此，在本實驗中，使用固相反應法制備了Bi5Ti3FeO15陶瓷材料，并在其B位進行了Ni、Cr摻雜。主要內容包括如下3個方面：
　　1、使用固相反應的快速淬火法，分別在燒結溫度為700℃、8

3、00℃和900℃制備了未摻雜的Bi5Ti3FeO15陶瓷樣品，Bi5Ti3Fe1-xCrxO15（x=0.1,0.2,0.5,0.7）陶瓷樣品，以及Bi5Ti3Fe1-xNixO15（x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.7）陶瓷樣品。通過快速淬火法制備陶瓷樣品，能夠有效抑制樣品中Bi元素的揮發(fā)，減少樣品中的結構缺陷和氧空位，同時對樣品的室溫鐵磁性表現(xiàn)也有一定的改善作用。
　　2、對Bi5Ti3FeO15，Bi5Ti3F

4、e1-xCrxO15（x=0.1,0.2,0.5,0.7），以及Bi5Ti3Fe1-xNixO15（x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.7）陶瓷樣品進行了形貌結構測試，包括XRD衍射測試及SEM測試。
　　測試結果表明，未摻雜的Bi5Ti3FeO15陶瓷樣品在750℃~800℃之間為適合的燒結溫度，形成了四層鈣鈦礦結構。Cr離子的摻雜對 Bi5Ti3FeO15陶瓷樣品的燒結溫度和晶粒結構均沒有產生較大的影響。而 Ni離

5、子的摻雜，則對Bi5Ti3FeO15陶瓷的燒結溫度產生較大影響。隨著 Ni摻雜含量的增加，樣品的燒結溫度逐漸提高，并在x≥0.5時只有900℃燒結的樣品才能獲得四層鈣鈦礦結構。同時，900℃燒結樣品的 SEM測試顯示，隨著 Ni摻雜含量的增加，樣品的晶粒尺寸逐漸減小。
　　3、測試了未摻雜的Bi5Ti3FeO15陶瓷、Bi5Ti3Fe1-xCrxO15（x=0.1~0.7）陶瓷、Bi5Ti3Fe1-xNixO15（x=0.1~0.

6、7）陶瓷樣品的室溫磁性，并分析樣品的剩余磁化強度2Mr及矯頑場2Hc。
　　測試結果表明，對未摻雜的Bi5Ti3FeO15陶瓷，快速淬火法燒結的樣品的剩余磁化強度與文獻中分步燒結法的樣品一樣，但矯頑場2Hc得到一定的提升。Cr摻雜的樣品中，雖然900℃燒結的樣品幾乎是順磁性特征，但750℃燒結的樣品有明顯的磁滯回線，且最大的剩余磁化強度2Mr~7.56*10-3 emμ/g，矯頑場2Hc~4034 Oe。這一點與已有的Cr摻雜Bi