石榴石结构化合物R3Fe5-xMxO12的结构和磁性能研究

作     者：吴点点 

作者单位：安徽大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘先松;高庆国

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：石榴石 铁氧体 饱和磁化强度 相对磁导率 

摘      要：近年来,人们对于微波通信以及微波应用等方面的关注日益增加,同时对微波铁氧体器件的制备与性能有更高要求。以钇石榴石材料为代表的的石榴石型铁氧体因其具有高电阻率、可调的饱和磁化强度以及较低的介电损耗,因此在微波设备中具有重要应用,同时该材料的制备工艺相对简单,为后续工业化生产提供了可能。本论文采用溶胶凝胶法以及固相法制备了一系列石榴石型铁氧体样品,并对它们的结构以及磁性能进行了分析,为拓展该材料的应用前景提供了思路,具体结果如下: 1.本文研究了Y2.8Ca0.2Fe5-xAlyMzO12（M=Mn/Cr,x=y+z）一系列样品的结构和磁性能。XRD衍射谱证明所有样品均为纯相,SEM,EDX和XPS光谱用于分析样品的表面形貌,元素构成和元素价态,采用B-H磁特性分析仪和SQUID研究样品的磁性能。结果表明不同的离子掺杂可以改变样品的结构,样品的晶格常数随Al3+,Mn3+和Cr3+离子掺杂量的增加而呈现不同的变化趋势,并且适宜的离子掺杂浓度可以提高样品的饱和磁化强度和相对磁导率。同时,本文详细解释了各个离子掺杂对相对磁导率和饱和磁化强度变化的影响以及可能的原因。随着离子掺杂量的增加,居里温度降低。结果表明,在Al3+离子浓度为0.3以及Cr3+离子浓度为0.4时,相对磁导率达到最大值为174.6。这可能是由于Cr3+离子先占据16a位,然后占据24d位,因此磁性离子在16a位与24d位之间的超交换相互作用增强从而导致了相对磁导率的增加。 2.本文研究了Y2.85Ca0.15Sn0.08Ti0.04Mn0.04Fe4.84O12样品的结构和磁性能。XRD衍射谱显示样品为纯相,SEM,EDX用于分析样品的表面形貌,元素分布。采用B-H磁特性分析仪和SQUID研究了Y2.85Ca0.15Sn0.08Ti0.04Mn0.04Fe4.84O12的磁性能。当磁场H为200A/m时,相对磁导率随频率的增加而减小。该结果与离子取代有关,并且在外加磁场变化时,磁晶各向异性也在变化,从而导致相对磁导率随外加磁场的增加而变化。本文研究了在520-540 K温度范围内,样品的饱和磁化强度的变化规律,并解释了饱和磁化强度随温度变化的原因。结果表明,饱和磁化强度随温度的升高而降低,这是因为Ti4+和Mn3+离子占据24d位所引起的超交换作用的增强效应远小于Sn4+离子占据16a位所引起的减弱效应,因此Y2.85Ca0.15Sn0.08Ti0.04Mn0.04Fe4.84O12样品的饱和磁化强度小于未掺杂的传统YIG样品。除此之外,Y2.85Ca0.15Sn0.08Ti0.04Mn0.04Fe4.84O12样品的居里温度低于掺杂前的传统YIG样品。 3.本文研究了R3Fe5O12（R=Tb,Gd,Dy）一系列样品的磁性能。XRD图谱显示样品为纯相,XPS光谱用于分析样品的元素价态,采用SQUID研究了样品的磁性能。结果表明,Tb3Fe5O12,Gd3Fe5O12,Dy3Fe5O12样品饱和磁化强度的值随着温度的升高而降低,在300 K时Tb3Fe5O12和Dy3Fe5O12样品的矫顽力的值小于5 K时矫顽力的值,Gd3Fe5O12样品在300 K时矫顽力的值大于5 K时矫顽力的值,并解释了各个样品饱和磁化强度和矫顽力的值在不同温度下变化的原因。