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1-3型MnZnFe2O4-Pb(ZrTi)O3磁介电复合薄膜的制备及其性能研究

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1-3型MnZnFe2O4-Pb(ZrTi)O3磁介电复合薄膜的制备及其性能研究

作者：恵新亮电子科技大学

学位级别：硕士

多铁性复合材料中的铁磁性和铁电性材料分别在磁场和电场的作用下具有一定的调谐性,该特性在微波和射频调谐器件中具有很大的应用前景。本论文从有效媒质理论出发,设计并选择了MnZnFe2O4(MZF)和Pb(ZrTi)O3(PZT)作为磁介电复合薄膜的两... 详细信息

多铁性复合材料中的铁磁性和铁电性材料分别在磁场和电场的作用下具有一定的调谐性,该特性在微波和射频调谐器件中具有很大的应用前景。本论文从有效媒质理论出发,设计并选择了MnZnFe2O4(MZF)和Pb(ZrTi)O3(PZT)作为磁介电复合薄膜的两相组分,主要是因为(1)铁电材料PZT具有高介电常数、低损耗以及高介电调谐率：(2)软磁材料MZF同时具有高的介电常数以及高的磁导率。当将两相进行1-3维纳米复合时,一方面可以利用纳米柱的形状各向异性提高MZF的工作频率,另一方面可以利用基底应变调节铁电相的c/a比,进而增加介电常数。采用离轴磁控溅射法在(001)MgAl2O4(MAO)单晶基片上制备了1-3型MZF-PZT磁介电复合薄膜。通过X射线衍射分别研究了基片温度、溅射气压、溅射功率和溅射时间对薄膜结构的影响,确定了(001)取向MZF-PZT磁介电复合薄膜的制备工艺。对MZF-PZT磁介电复合薄膜的铁磁性、铁电性以及介电性进行了表征。该薄膜的饱和磁化强度Ms、剩余磁化强度Mr、相对剩磁比(Mr/Ms)分别为112emu/cc、28 emu/cc、25%。该薄膜具有较好的P-E性能,其饱和极化强度Ps为16μC/cm2,两倍剩余极化强度2Pr为24μC/cm2。就其介电性而言,在电场强度为100 kV/cm时,调谐率最大达到25%,但其漏电流高,损耗因子较大。为了进一步提高薄膜的性能,我们对制备工艺条件进行了优化,并在(001)和(111)MAO单晶基片上制备出了性能良好的1-3型MZF-PZT磁介电复合薄膜。X射线衍射和AFM分析表明两种薄膜均为1-3型结构,且薄膜的铁磁性、铁电性以及介电性均得到改善。(001)取向的MZF-PZT复合薄膜的饱和磁化强度增加为130emu/cc,而(111)取向的MZF-PZT复合薄膜的饱和磁化强度为147 emu/cc。(001)和(111)取向的MZF-PZT复合薄膜的两倍剩余极化强度(2Pr)均为162μC/cm2漏电流分别为-40μC/cm2和-10μC/cm2。50 kV/cm当外加电场强度为MZF-PZT时,(001)和(111)取向的60磁介电复合薄膜的调谐率分别为26%和55%。当外加电场为kV/cm MZF-PZT时,(001)取向的MZF-PZT磁介电复合薄膜的调谐率达到最大为31%,而(111)取向的100kV/cm磁介电复合薄膜在电场强度为MZF-PZT时,其调谐率达到最大为71%。两种取向的磁介电复合薄膜均具有小的损耗因子。

关键词：多铁性材料磁介电调谐率离轴磁控溅射

Bi_(2)Fe_(3)AlO_(9)陶瓷的磁介电效应研究

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杭州电子科技大学学报（自然科学版） 2022年第3期42卷 72-76,102页

作者：万凯奇金昊黄帅霍德璇杭州电子科技大学材料与环境工程学院浙江杭州310018

采用溶胶凝胶法合成了具有莫来石结构的单相Bi_(2)Fe_(3)AlO_(9)多铁性陶瓷材料,并对其结构、磁性和磁介电效应展开实验研究。与母相Bi_(2)Fe_(4)AlO_(9)相比,由于Bi_(2)Fe_(3)AlO_(9)中的非磁性离子掺杂破坏了原有的自旋失措结构,因此... 详细信息

采用溶胶凝胶法合成了具有莫来石结构的单相Bi_(2)Fe_(3)AlO_(9)多铁性陶瓷材料,并对其结构、磁性和磁介电效应展开实验研究。与母相Bi_(2)Fe_(4)AlO_(9)相比,由于Bi_(2)Fe_(3)AlO_(9)中的非磁性离子掺杂破坏了原有的自旋失措结构,因此,在温度为70 K附近,样品出现1个亚铁磁转变;当温度进一步降低到24 K时,样品表现出类自旋玻璃相。温度为247 K时,样品的介温曲线出现1个介电峰,其特征温度与频率无明显依赖关系;随着外加磁场的增大,介电特征峰强度增大,特征温度向高温移动,表现出磁介电效应。在特征温度附近表现出正磁介电效应,而在其它温度区间则表现出负磁介电效应。

关键词：磁性多铁性磁介电陶瓷

Ta_2Co_4O_9的低温磁介电及磁电性质研究

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常熟理工学院学报 2016年第4期30卷 6-9页

作者：刘洋洋卢钰鹏程凯张琦房勇韩志达钱斌江学范常熟理工学院物理与电子工程学院江苏常熟215500 常熟理工学院江苏省新型功能材料重点实验室江苏常熟215500

利用高温固相反应法制备Ta_2Co_4O_9多晶样品,并对其磁性、介电及磁电耦合性能进行了研究.结果表明,磁场作用下的介电温谱在磁相变温度(20 K)附近出现异常,且异常峰的强度随着外加磁场的增加而增强.与此同时,还观测到关于磁场线性增强... 详细信息

利用高温固相反应法制备Ta_2Co_4O_9多晶样品,并对其磁性、介电及磁电耦合性能进行了研究.结果表明,磁场作用下的介电温谱在磁相变温度(20 K)附近出现异常,且异常峰的强度随着外加磁场的增加而增强.与此同时,还观测到关于磁场线性增强的电极化,表明该材料具有线性磁电耦合效应.

关键词：反铁磁介电常数磁介电磁电耦合

顺磁性La_(2/3)Sr_(1/3)MnO_3层对Bi_(0.8)Ba_(0.2)FeO_3薄膜多铁性能的影响

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物理学报 2016年第11期65卷 212-219页

作者：刘恩华陈钊温晓莉陈长乐西北工业大学理学院应用物理系教育部空间应用物理与化学重点实验室西安710072 西北工业大学材料学院凝固技术国家重点实验室西安710072

界面效应在提升异质结构材料的多铁性能方面有着重要的作用.本文采用脉冲激光沉积技术在SrTiO_3(STO)基片上制备了Bi_(0.8)Ba_(0.2)FeO_3(BBFO)/La_(2/3)Sr_(1/3)MnO_3(LSMO)异质结.X-射线衍射图谱表明异质结呈现单相外延生长,利用高分... 详细信息

界面效应在提升异质结构材料的多铁性能方面有着重要的作用.本文采用脉冲激光沉积技术在SrTiO_3(STO)基片上制备了Bi_(0.8)Ba_(0.2)FeO_3(BBFO)/La_(2/3)Sr_(1/3)MnO_3(LSMO)异质结.X-射线衍射图谱表明异质结呈现单相外延生长,利用高分辨透射电镜进一步证实了BBFO为四方相结构.X-射线光电子能谱证实异质结中只存在Fe^(3+)离子,没有产生价态的变化,揭示了异质结铁电和铁磁性的增强与BBFO/LSMO的界面有关.同时,测试了磁电阻(MR)和磁介电(MD),当磁场强度为0.8 T,温度为70 K时,MR约为-42.2%,M D约为21.2%.并且发现在180 K时出现磁相的转变.实验结果揭示出异质界面效应在提升材料的多铁性和磁电耦合效应方面具有超常的优点,是加快多铁材料实际应用的有效途径.

关键词：多铁性磁电阻磁介电界面效应

不同形貌BiFeO_(3)微量填充PVDF复合膜的储能性能研究

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陕西科技大学学报 2022年第3期40卷 123-129页

作者：王卓李妍欣李银博易志辉陕西科技大学材料科学与工程学院陕西西安710021

采用固相法、水热法和静电纺丝法分别制备了块状、花状和纤维状的BiFeO_(3)粉体.采用流延法制备了三种填料的BiFeO_(3)/PVDF复合材料.通过红外光谱(FT-IR)观察到PVDF的三种晶相(α、β、γ).由氮气吸附/脱附实验证明,不同形貌BiFeO_(3)... 详细信息

采用固相法、水热法和静电纺丝法分别制备了块状、花状和纤维状的BiFeO_(3)粉体.采用流延法制备了三种填料的BiFeO_(3)/PVDF复合材料.通过红外光谱(FT-IR)观察到PVDF的三种晶相(α、β、γ).由氮气吸附/脱附实验证明,不同形貌BiFeO_(3)粉体的比表面积存在较大差异.其中,纤维状BiFeO_(3)粉体的比表面积最大.BiFeO_(3)粉体形貌也影响了复合材料的磁介电性能,通过磁介电测试进行研究.对于三种0.5 vol%BiFeO_(3)/PVDF复合材料,纤维状BiFeO_(3)/PVDF复合材料在10^(4)Hz时具有较高的介电常数(~21)和较低的介电损耗(~0.12).在相同电场下,纤维状BiFeO_(3)/PVDF复合材料中纤维的偶极距较大,使其具有较高的极化率和储能密度.

关键词：磁介电介电铁电体纤维偶极矩

掺杂M型铁氧体磁学、电学以及磁电耦合性质研究

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掺杂M型铁氧体磁学、电学以及磁电耦合性质研究

作者：周浩苏州大学

学位级别：硕士

M型六角铁氧体在THz频段微波器件、高密度存储器等方面具有广泛的应用潜力。研究表明,对M型六角铁氧体中Fe进行离子取代能够改变材料的磁结构,使得材料展现出软磁性质。其中,Sc取代的M型钡铁氧体是潜在的室温多铁性材料,具有很广阔的应... 详细信息

M型六角铁氧体在THz频段微波器件、高密度存储器等方面具有广泛的应用潜力。研究表明,对M型六角铁氧体中Fe进行离子取代能够改变材料的磁结构,使得材料展现出软磁性质。其中,Sc取代的M型钡铁氧体是潜在的室温多铁性材料,具有很广阔的应用前景,但是对其室温附近磁电耦合性能、磁介电性能等方面的研究还未见报道。随着电子材料和器件趋向于微型化和高频化,对磁性材料的需求也正逐步从块材扩展到薄膜的层面。所以,制备出高质量的M型六角铁氧体薄膜材料,同时对薄膜的磁性能、磁介电性能和磁电耦合性能进行系统的研究很重要。针对以上问题,本文重点研究了Sc取代的M型钡铁氧体在室温附近的磁性能、磁电耦合性能和磁介电性能,具体研究结果如下:首先,采用固相反应法制备了Sc取代的M型钡铁氧体BaFeScO,研究了其在烧结过程中的相变和磁性质。结果表明,磁性质的变化过程与烧结产物的相变是一致的。当烧结温度增大到1200℃时,BaFeScO才以单相的形式存在于烧结产物中。随着烧结温度的提高,Sc对Fe的取代会影响M型铁氧体中铁原子间的交换作用,从而改变材料的磁结构,宏观上变现为磁性质的变化。其次,探究了Ba FeScO多晶块材的磁性能。结果表明,随着环境温度的升高,材料的矫顽场和剩磁比均逐渐减小,而饱和磁化强度则先增大后减小。此外,外加磁场强度的增大会导致锥磁结构转变温度点T不断减小。室温下,外加小磁场就能明显地调控Ba FeScO的磁矩,表明该材料中存在室温下的强磁电耦合效应。此外,在室温附近,材料存在着较大的磁电容效应。在低频阶段,材料的磁电容效应主要由Maxwell-Wagner型磁阻效应产生;而在高频阶段,则主要来源于逆Dzyaloshinskii-Moriya相互作用引发的磁电耦合型自旋声子耦合。再次,我们制备了一系列Sc取代的Ba FeScO外延薄膜,研究了材料组份对其晶体结构和磁性能的影响。结果表明,与多晶块材BaFeScO相类似,随着较大半径Sc掺杂量的增大,薄膜的晶格常数c也逐步增大,但薄膜的饱和磁化强度、矫顽场却逐步减小。最后,我们研究了室温附近BaFeScO薄膜材料的磁介电效应。结果表明,BaFeScO薄膜中的磁介电效应和环境温度、频率的变化有很大关系。磁介电随频率的变化关系图谱表明,磁阻型磁介电效应仅仅存在于低频阶段(f磁介电峰,这两个峰分别归因于界面极化效应(1 kHz100 kHz)。进一步对磁介电效应随温度变化关系的研究表明,在T(306K)以下,磁介电效应由Dzyaloshinskii-Moriya偶极子主导,但在T以上,则是由晶格偶极子主导。而在T附近,两种偶极子均有所贡献。

关键词： BaFe10.2Sc1.8O19 掺杂电学和磁学性质磁介电磁电耦合薄膜

铋系层状钙钛矿材料的B位掺杂改性及织构陶瓷制备

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铋系层状钙钛矿材料的B位掺杂改性及织构陶瓷制备

作者：肖君湖北大学

学位级别：硕士

多铁材料由于同时具备铁电、铁磁和铁弹性中的两种或两种以上基本铁性,而在传感器、致动器、多状态存储器等器件的实际应用中具有极大的物理意义。铋系层状结构铁电体(BLSFs)作为典型的单相多铁材料之一,有较好的抗疲劳特性和铁电性能,... 详细信息

多铁材料由于同时具备铁电、铁磁和铁弹性中的两种或两种以上基本铁性,而在传感器、致动器、多状态存储器等器件的实际应用中具有极大的物理意义。铋系层状结构铁电体(BLSFs)作为典型的单相多铁材料之一,有较好的抗疲劳特性和铁电性能,但磁性很弱,或在很低的温度下才能观测到磁电效应。引入Co,Fe,Cr,Mn等磁性元素进行掺杂或者几种元素共掺杂是常用的改善BLSFs性能的方法之一。Ni也是一种重要的磁元素,但关于对m=4的BLSFs掺杂Ni的报道相对较少。本文利用多步固相反应法制备出 BiNdTiFeNi015(BNTF-Ni)系列样品,分析得出了BiNdTiFe0.7NiO(BNTF-Ni)是其中具有最佳室温多铁性能的样品。考虑到BLSFs的晶体结构沿a/b轴方向和沿c轴方向有很大的差异,晶体结构的各向异性必然会导致其性能也具有各向异性。于是针对BNTF-Ni制备了高c轴择优取向样品。研究了BNTF-Ni的微结构,磁性、介电性能与晶体取向的依赖关系。由于m=4的BiNdTiFe015(BNTF)结构的类似于在m=3的铁电体BiTi012(BTO)中插入磁性单元BiFe03(BFO),本文还研究了通过Fe取代部分Ti以使m=3的铁电体BTO获得磁性,同时制备了高c择优取向的Bi3.15Nd0.85Ti2.4Fe015(BNT-Fe)样品。因此,本文采用多步固相法在制备BNTF陶瓷材料的过程中引入Ni 了掺杂;用熔盐法制备了 4层BNTF-Ni陶瓷样品和3层BNT-Fe陶瓷样品,并对上述样品进行了微观结构及形貌、铁电铁磁及磁电耦合效应的表征,主要结论如下:1.多步固相法制备的随机取向BNTF-Ni陶瓷样品:剩余磁化强度2Mr、剩余极化值2Pr随Ni掺杂浓度x增大呈现先增大后减小的趋势,分别在x=0.3和0.5时达到最大值。εr在1 MHz下,x=0.3时达到最大值416。综合考虑磁性能与介电、铁电性能,多步固相法制备的BNTF-Ni陶瓷样品具有最佳室温多铁性能。2.熔盐法制备的织构BNTF-Ni陶瓷:XRD和SEM图谱清晰的表明多晶陶瓷具有极强的织构。生粉坯因压力,出现晶粒定向排列。预烧温度在700～850℃范围内,随预烧温度升高,粉还的织构度增加。粉坯取向度对烧结成的陶瓷片的晶粒取向十分重要,粉坯取向度越高,陶瓷片的取向度越高,且越容易控制。研究了表面样品(垂直于压力轴方向切割的样品)和截面样品(平行于压力轴方向切割的样品)的磁性能、磁介电性能的各向异性。磁滞回线的特征参数剩余磁化强度2Mr、矫顽场2Hc以及2Ms都对偏转角θ(磁场与陶瓷片表面的夹角)表现出强烈的依赖关系。在1 kHz时,截面样品的介电常数是表面样品的4倍。值得注意的是,在100 kHz以上,表面样品(沿c轴方向)表现出正磁介电效应与正磁损耗效应,而截面样品(沿非c方向)表现出负磁介电效应与负磁损耗效应。3.熔盐法制备的铁掺杂BNT-Fe高度织构陶瓷:XRD和SEM图谱清晰的表明多晶陶瓷具有极强的织构。在溶盐与氧化物的比值在0.5～4的范围内,随溶盐比升高,取向度有下降趋势。BNT-Fe表面样品在磁场沿陶瓷片面内(θ=0°)和面外(θ=90°)方向测得的磁滞回线揭示了磁各向异性。BNT-Fe的磁损耗效应和磁介电效应与BNTF-Ni 的类似。

关键词：多铁材料织构陶瓷各向异性铁电性磁性磁介电

化合物[FeⅡFeⅢ(trans–1,4–cyclohexanedicarboxylate)1.5]∞磁电耦合效应的研究

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化合物[FeⅡFeⅢ(trans–1,4–cyclohexanedicarboxylate)1.5]∞...