A位阳离子对(La,D)0.67(Sr,Ca)0.33MnO3(D=Nd,Sm,Gd,Dy,Y)电性能的影响

作     者：陈晓惠 

作者单位：昆明理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈清明;彭巨擘

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：钙钛矿La0.67Ca0.33MnO3 溶胶-凝胶法 金属-绝缘体转变 电阻温度系数 

摘      要：强关联锰氧化物Re1-xAexMnO3(Re为正三价稀土元素,Ae为正二价碱土元素)是一类具有钙钛矿结构的稀土/碱土掺杂锰氧化物,其中Re、Ae离子位于A位,Mn离子位于B位,x取值范围是0～1。La0.67Ca0.33MnO3是其中最具代表性的材料,该材料具有巨磁阻效应和激光感生电压效应,因此可以用来制作巨磁阻测辐射热仪(Bolometer)、光电转换器件、高密度磁存储磁头、非接触式磁阻开关、磁敏感传感器等。本论文的工作主要围绕在La0.67Ca0.33MnO3母相的基础上进行A位阳离子掺杂,并对其物相组成、晶体结构、微观表面形貌和电输运性能等展开进一步的研究探索。本论文在La0.67Ca0.33MnO3体系烧结工艺的基础上,采用溶胶-凝胶法制备一系列La0.67-xDxSr0.33MnO3(D=Nd,Sm,Gd,Dy,Y)和(La,D)0.67Sr0.33-xCaxMnO3(D=Nd,Sm,Gd,Dy)多晶陶瓷靶材。固定稀土/碱土元素含量比为0.67/0.33,掺杂不同种类的稀土、碱土元素(Nd,Sm,Gd,Dy,Y,Sr,Ca),并改变掺杂元素含量的比例。通过XRD粉末衍射分析样品的物相组成和晶体结构;SEM表征样品的微观形貌;EDS分析样品的元素组成;标准四探针法测样品的电阻温度曲线。XRD测试结果表明:除了 La0.67-xYxSr0.33MnO3外,其他体系的多晶陶瓷样品在室温下检测到的都是纯相钙钛矿结构,在仪器灵敏度范围内没有检测到其他的杂相。对于所检测的多晶陶瓷,分析表明,所有制备的样品的晶体结构为斜方晶系(Orthorhombic),空间群为Pnma。衍射峰特别尖锐,说明多晶陶瓷样品的结晶性能良好。对衍射图谱的(121)晶面最强衍射峰进行放大可以看出,随着Nd、Sm、Gd、Dy、Y元素掺杂量的增加,最强衍射峰往高角度方向移动,说明晶胞体积V在不断减小。采用SEM表征样品的表面形貌,并对样品成分进行EDS能谱元素分析。结果表明不同稀土、碱土元素掺杂对LCMO母相的表面形貌产生的影响不大,晶粒尺寸随着掺杂元素(Nd、Sm、Gd、Dy、Y)有效离子半径的减少而减少。采用四探针法表征样品的电输运行为,结果表明:随着掺杂元素(Nd、Sm、Gd、Dy、Y)掺杂量的增加,金属-绝缘体转变往低温方向移动且电阻率不断增加,金属-绝缘体转变宽化程度不断减少且电阻温度系数不断增加。针对以上这些实验现象,本论文基于双交换理论,提出的解释机理如下:用离子半径较小的离子取代离子半径较大的离子,会使A位阳离子平均半径和容忍因子t减小,由此导致锰氧八面体Mn06中的Mn-O-Mn键角畸变加大,eg电子的移动性减弱,Mn3+-02--Mn4+双交换作用减弱。造成的结果是体系的电输运性能减弱,表现为金属-绝缘体转变温度TP在较低温度下就转变,且ρ增大。