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b位掺杂bi_4Ti_3O_(12)的研究

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四川大学学报（自然科学版） 2005年第S1期42卷 298-301页

作者：顾骏李伟吕笑梅朱劲松南京大学固体微结构国家重点实验室南京210093

制备了不同半径和价数的离子b位掺杂的bTNb,bTV,bTZr,bTHf陶瓷,并且对其性能进行了测量.发现b位掺杂可以显著增加陶瓷的2Pr,同时可以改善抗疲劳性能.研究结果表明掺杂离子半径和价数都对剩余极化有一定影响,此外掺杂离子和氧离子的电子... 详细信息

制备了不同半径和价数的离子b位掺杂的bTNb,bTV,bTZr,bTHf陶瓷,并且对其性能进行了测量.发现b位掺杂可以显著增加陶瓷的2Pr,同时可以改善抗疲劳性能.研究结果表明掺杂离子半径和价数都对剩余极化有一定影响,此外掺杂离子和氧离子的电子轨道杂化也会影响材料的剩余极化.

关键词：铁电钛酸铋 b位掺杂

b位掺杂对（Pb,Ca）（Fe1／2Nb1／2）O3陶瓷微波介电性能的影响

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材料导报 2000年第Z10期14卷 155-157页

作者：卞建江钟永贵上海大学电子信息材料系上海

研究了Ｂ位分别掺杂Ｓｎ＾４＋、Ｚｒ＾４＋、Ｃｅ＾４＋对（Ｐｂ０．４５Ｃａ０．２５）（Ｆｅ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３（ＰＣＦＮ）陶瓷的烧结行为、微观结构及微波介电性能的影响。实验结果表明，掺杂样品能在相对较低的温度下烧结（... 详细信息

研究了Ｂ位分别掺杂Ｓｎ＾４＋、Ｚｒ＾４＋、Ｃｅ＾４＋对（Ｐｂ０．４５Ｃａ０．２５）（Ｆｅ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３（ＰＣＦＮ）陶瓷的烧结行为、微观结构及微波介电性能的影响。实验结果表明，掺杂样品能在相对较低的温度下烧结（１２００℃／２ｈ），Ｂ位大半径离子的掺入使介电常数降低，适量的Ｂ位掺杂能不同程度的改进ＰＣＦＮ陶瓷的综合微波介电性能。用这种材料做成的带通滤波器在中心频率为９２８．４ＭＨｚ下，插入损耗为２．４６９ｄＢ，满足插入损耗应小于３ｄＢ的要求，在移动通信中有着实际应用前景。

关键词：介电损耗 PCFN陶瓷 b位掺杂微波介电性能

b位掺杂对(La0.25Sr0.75)0.9TiO3-δ的高温化学稳定性影响机理研究

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B位掺杂对(La0.25Sr0.75)0.9TiO3-δ的高温化学稳定性影响机理研究

作者：马婉青东北大学

学位级别：硕士

燃料电池作为新能源中的一个重要的分支具有清洁高效的优点,其中固体氧化物燃料电池(SOFC)由于使用全固态组件避免了使用电解液带来的腐蚀问题,以及燃料使用的多样性等特点而受到广泛关注。SOFC的关键组件为阳极、电解质、阴极。传统使... 详细信息

燃料电池作为新能源中的一个重要的分支具有清洁高效的优点,其中固体氧化物燃料电池(SOFC)由于使用全固态组件避免了使用电解液带来的腐蚀问题,以及燃料使用的多样性等特点而受到广泛关注。SOFC的关键组件为阳极、电解质、阴极。传统使用的阳极材料为金属陶瓷阳极,Ni/YSZ是最常见的金属陶瓷阳极,这种阳极材料的特点是电导率高,催化活性好,以氢气为燃料时表现出了优越的电化学性能;但是以天然气及煤合成气为燃料时,Ni/YSZ阳极会出现严重的积碳现象,对天然气中的含硫气体耐受性差。钙钛矿阳极La掺杂的SrTiO(LST)由于其较高的电子导电性、与电解质材料相匹配的热膨胀系数,以及在氧化还原气氛下具有物理化学稳定性受到了关注。LST在使用碳氢燃料时没有明显积碳现象,同时对硫的耐受力强。但是其缺点是催化活性不佳且和锆基电解质材料之间高温化学稳定性存在问题。化学计量的LST和锆基电解质之间有明显的化学反应发生,生成催化活性差且电导率很低的LaZrO从而使得电池发电性能显著降低。虽然引入A位缺陷能很好地抑制完整化学计量LST与锆基电解质之间的高温化学反应,但二者之间仍存在元素相互扩散现象,这种元素扩散使得阳极三相界面处的LST和电解质材料成分发生变化从而引起电池性能衰减。为了提高A位缺陷LST和锆基电解质之间的高温化学稳定性,本文通过在LST的b位掺杂的方式抑制A位缺陷(LaSr)TiO-δ((LS)T)与ScSZ电解质之间的相互扩散现象。对b位掺杂不同元素的(LS)T材料与锆基电解质之间的高温化学稳定性做了深入研究,对其中高温化学稳定性较好的材料进行电性能测试。(1)以溶胶凝胶法合成(LS)T、(LS)TA(LS)TG、(LS)TS,从XRD物相分析结果可知,1200℃焙烧后各个粉体都形成很好的立方结构钙钛矿相,没有杂相生成。对1450℃烧结后的一系列LST的SEM表面形貌分析结果显示,烧结特性都比较好。相对密度计算结果和SEM分析基本一致。(2)将制备的一系列b位掺杂LST和ScSZ混合压片后在1200℃空气气氛中进行了 30小时的退火实验。退火实验结果表明b位掺杂显著影响了(LS)T的高温化学稳定性,其中(LS)TA的变化最为明显,在1200℃下30小时的退火实验后,(LS)TA与ScSZ之间既没有发生化学反应生成新相,也没有明显的相互扩散现象发生,两种材料都很好的保持原有的立方结构。(3)分别对(LS)T/ScSZ、(LS)TA/ScSZ阳极材料进行了单电池性能测试,测试结果显示以(LS)T/ScSZ为阳极的单电池经过5小时的性能测试,其输出的电流密度出现了明显的衰减。而以(LS)TA/ScSZ为阳极的单电池初始性能较低,但输出电流密度随测试时间逐渐增加,交流阻抗结果显示其极化阻抗随测试时间增加明显减小,说明(LS)TA/ScSZ是一种很有潜力的SOFC阳极材料。

关键词：固体氧化物燃料电池阳极 La掺杂SrTiO3 A位缺陷 b位掺杂

b位掺杂铋系层状钙钛矿陶瓷的熔盐法制备及性能研究

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B位掺杂铋系层状钙钛矿陶瓷的熔盐法制备及性能研究

作者：卢章伍湖北大学

学位级别：硕士

铋系层状结构铁电体(bLSFs)基于其抗疲劳特性比较好,而且材料不含铅无污染是一种较为理想的铁电压电材料。由于同时存在铁电性和铁磁性,并且能够实现磁与电的相互调控耦合,因而在多态存储方面有着较大的应用潜能。这一类型材料属于新型... 详细信息

铋系层状结构铁电体(bLSFs)基于其抗疲劳特性比较好,而且材料不含铅无污染是一种较为理想的铁电压电材料。由于同时存在铁电性和铁磁性,并且能够实现磁与电的相互调控耦合,因而在多态存储方面有着较大的应用潜能。这一类型材料属于新型的多功能材料,在量子自旋元器件,磁电器件,以及传感器方面都有巨大的潜能。目前关注这方面的报道诸多,研究主要是集中在实验方法以及性能改善两个方面。本文主要注重在bLSFs铁电和铁磁性能以及实验工艺的研究,查阅文献目前关于熔盐法的实验报道还不是很多,本文在实验方法主要采用的是熔盐法制备织构陶瓷,在磁性能改善方面关于Co,Fe,Cr,Mn的研究比较系统,本文重点研究Ni掺入对材料性能的影响。在陶瓷A位定量掺入Nd,一方面可以抑制A位bi的挥发,同时也影响着电子输运,本文的主要内容如下:(1)熔盐法制备4层结构的bNTF-Ni陶瓷样品,测试结果表明:Ni的掺入并没有改变材料的晶体结构,随着掺入量的增加Ni并不能完全替换Fe,陶瓷样品在磁性能上有一定的磁各向异性,在面内(磁场与c轴夹角零度)磁性能比面外(磁场与c轴垂直)磁性能要好,在2M、2M都是随着Ni含量先增大再减小,在bNTF-Ni样品两者值都是最大,介电性能上四个组分的样品在频率大的时候室温介电常数都比较稳定,最大的在376,最小的301。介电损耗都比较小,最大的0.036,最小的0.013。综合比较来看bNTF-Ni样品的性能比较好。(2)熔盐法工艺上,比较了不同熔盐比例对陶瓷结构及性能的影响,结果表明在熔盐比例为1的时候陶瓷的织构度最大,取向度值为0.786,综合结果可以看到熔盐法制备出的陶瓷均具有择优生长的特性,四种不同熔盐比制得的陶瓷样品取向度都在0.7以上。各熔盐比例的取向度差别不大因而对磁性能面内面外分别比较没有太大的影响。(3)不同温度对陶瓷结构性能的影响,温度的升高陶瓷织构度在降低,SEM结果可以看到晶粒排布在进一步混乱。陶瓷样品面内面外取向度存在差别,因而磁晶各向异性随温度升高差异性也存在变化,M在降低M在增加这一变化与织构度的变化有一定的关系。电滞回线结果显示随着温度的升高饱和极化强度在逐步减小,所有样品均存在一定的漏流,样品内部还存在一定的缺陷。(4)在增加陶瓷晶体结构中的钙钛矿层数时,钙钛矿结构层数(n)的不同,陶瓷晶粒的影响很大,在n=5时陶瓷的2M=2670.15 memu/g、2M=742.19 memu/g都达到最大值,n=4和n=6的磁性能差不多,n=7的磁性参数迅速下降,磁耦合机制发生了明显的变化。在介电性能上,所有不同层数的介电常数值基变化不大,只是在n=5的时候介电常数在所测试的频率范围内并未达到平衡,n=4的介电常数值则相对较高;不同层数的介电损耗规律一致在频率较高时值都比较小。

关键词： bLSFs 熔盐法织构陶瓷磁晶各向异性 b位掺杂

b位掺杂CsPbX3(X=Cl，br，I)纳米材料的合成及LED应用

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B位掺杂CsPbX3(X=Cl，Br，I)纳米材料的合成及LED应用

作者：赵玉斌济南大学

学位级别：硕士

由于其优异的光电性质,CsPbX(X=Cl,br,I)纳米晶(NCs)在光伏、发光显示等领域具有很好的应用前景。以提高发光效率为目的,本文研究了Mn、Cd、Sn离子在CsPbX中的b位掺杂,并将CsPbXNCs原位生长在ZIF-8中用于发光二极管(LED),主要研究内容如... 详细信息

由于其优异的光电性质,CsPbX(X=Cl,br,I)纳米晶(NCs)在光伏、发光显示等领域具有很好的应用前景。以提高发光效率为目的,本文研究了Mn、Cd、Sn离子在CsPbX中的b位掺杂,并将CsPbXNCs原位生长在ZIF-8中用于发光二极管(LED),主要研究内容如下:1)Cs-Pb-Sn-br NCs复合结构形成及发光:通过将Sn离子引入Cs-Pb-br NCs中,研究其晶体结构变化和光致发光(PL)性能。随着Sn/Pb比的增加,样品表现为Cs Pb br和CsPb br的混合相,且样品的光致发光量子产率(PLQYs)提升到92%,说明少量的CsPb br减少了Cs Pb br发光过程中的非辐射复合,提高了Cs Pb brNCs的PLQYs。随着Sn/Pb比继续增加,Sn离子导致了有大量缺陷的Cs Pb brNCs形成,使得Cs Pb brNCs的PLQYs降低。此外,缺陷较多的Cs Pb brNCs会转化成CsPbSnbrNCs。所以,随着Sn/Pb比从20%增加到80%,样品由原来的立方结构变为六方结构,Cs Pb br和CsPb br以优化比例两相共存改善Cs Pb br的PLQYs。2)Mn:CsPbXNCs在离子交换过程中的PL变化研究:(1)Pb X离子交换反应:通过改变Cl/br的比例,将Mn粒子引入晶格中,实现Mn在Mn:Cs Pb(Cl/br)NCs中的发光。实验发现随着br含量的增加,Cs Pb(Cl/br)NCs的激子PL峰增强,Mn的发光减弱,其主要原因是br改变了样品的带隙宽度,造成Cs Pb(Cl/br)NCs与Mn之间的能量传递被抑制。因此,可以通过br控制PL。I离子的存在,样品的带隙变的更窄,不能实现Mn的发光。同时,离子交换后样品的形貌始终保持为立方体。不同卤素比的Mn:CsPbX(x=Cl,br,I)NCs呈现出稳定的蓝色到红色的发光。(2)Cd X离子交换反应:控制表面缺陷对于获得优异的稳定性和高的PLQYs至关重要。用Cd X(X=Cl,br)的油胺溶液处理Mn:Cs Pb ClNCs,提高PLQYs和光学稳定性。在此过程中,阴离子在短的时间内钝化Mn:Cs Pb ClNCs的表面缺陷。反应时间延长,Cd离子会使Mn:Cs Pb ClNCs的光致发光的强度再次得到提升,并且PLQY从15%提升到85%。高br含量的Mn:Cs Pb(Cl/br)NCs具有较强的Mn荧光发射,且PLQYs高达95%。通过控制br的含量可以使得Mn:CsPbXNCs白光发射,实现在白光LED等方面的应用。3)Mn:Cs Pb br纳米片(NPLs)的合成及发光:Mn X(X=Cl,br)与Cs Pb brNPLs经离子交换生成Mn:CsPbXNPLs。Mn掺杂的CsPbXNPLs具有双发射现象,并且通过控制Mn的掺杂量实现荧光从蓝色到白色的转变。当Cs Pb brNPLs的表面卤素空位缺陷被填补,Mn掺杂Cs Pb brNPLs的路径被截断,说明Mn进入Cs Pb brNPLs依赖表面的br空位。Mn:CsPbXNPLs的PLQYs达到64%。在Mn:CsPbXNPLs中加入Cs Pb brNCs可以得到CIE坐标为(0.3013,0.3089)的白光发射样品,且PLQYs达到95%。这种用相同卤素元素合成的发白光的钙钛矿在后期的应用中具有很大的优势。4)CsPbXNCs在ZIF-8中的合成及白光LED应用:采用无有机溶剂(油胺和油酸)的机械化学方法合成CsPbX/ZIF-8复合材料。ZIF-8作为保护提高了CsPbXNCs的稳定性和抗离子交换性。Cs Pb Cl/ZIF-8、Cs Pb br/ZIF-8和Cs Pb I/ZIF-8复合材料的PLQYs分别达到51、72和57%。Cs Pb br/ZIF-8复合材料可以用于制备绿色发光二极管(LED),CIE坐标为(0.130,0.746)。CsPbX/ZIF-8复合材料制备的白光LED器件的CIE坐标为(0.297,0.299),并且流明效率达到11.5 lm/W。ZIF-8封装大大提高了CsPbXNCs的稳定性,使其在LED中的应用中具有吸引力。

关键词： CsPbX3 表面缺陷修复离子交换 b位掺杂发光白光LED

b位掺杂biFeO3-baTiO3复相陶瓷的制备和性能研究

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B位掺杂BiFeO3-BaTiO3复相陶瓷的制备和性能研究

作者：鲁永珅昆明理工大学

学位级别：硕士

压电陶瓷广泛应用于各种应用领域,如传感器、驱动器、储能和能量采集装置。目前,Pb(Zr,Ti)O(PZT)基陶瓷由于在准同型相界(MPb)区域表现出显著增强的压电特性,主导着全球铁电材料市场。然而,随着20世纪后期世界环保意识的增强,铅的使用... 详细信息

压电陶瓷广泛应用于各种应用领域,如传感器、驱动器、储能和能量采集装置。目前,Pb(Zr,Ti)O(PZT)基陶瓷由于在准同型相界(MPb)区域表现出显著增强的压电特性,主导着全球铁电材料市场。然而,随着20世纪后期世界环保意识的增强,铅的使用受到越来越多的法律管制,传统PZT陶瓷的大规模应用受到限制。此外,不可避免的老化和去极化温度也阻碍了压电陶瓷的高温应用,所以无铅压电陶瓷得到了广泛的关注和重视。biFeO-baTiO二元体系的高温稳定性能超过了典型PZT陶瓷,且具有优异的压电性能,是一种很有前景的候选材料。研究人员发现通过微量元素掺杂或利用新的制备工艺,可以进一步改善biFeO-baTiO压电陶瓷的综合性能,这是目前压电材料的研究热点。本文采用溶胶凝胶法(Sol-gel)制备biFeO-baTiO粉体,经过煅烧、压制、不同的烧结方式制备biFeO-baTiO复相陶瓷,并系统的研究了陶瓷的电学性能。为了进一步降低漏电流和改善电学性能,在b位上掺杂Zn、Ti、Mn、Mg,对所得陶瓷的结构及性能进行了系统的研究。主要研究结果如下:(1)通过改变biFeO:baTiO的配比实现铁酸铋-钛酸钡基陶瓷的介电性、铁电性及压电性的调控。采用Sol-gel法制备(1-x)bi FeZnTiO-x baTiO粉体,然后采用常规固相烧结工艺制备成陶瓷。XRD分析表明,所有样品无任何杂质相,随着x的增加,陶瓷的相结构发生转变。在biFeO:baTiO=70:30左右时,制备的陶瓷具有菱方相和赝立方相混合的MPb,陶瓷的致密度较高,性能能得到了极大的增强。(2)以0.70biFeO-0.30baTiO为基本组元,利用传统固相烧结法和两步烧结方法制备了0.7bi FeZnTiO-0.3baTiO陶瓷,分析了传统固相烧结法和两步烧结方法的区别,对比发现两步烧结方法制备出来的陶瓷具有更大的晶格畸变进而增强介电性能、铁电性能和压电性能。不同烧结温度的两步烧结法制备的陶瓷在晶格畸变方面也表现出关键的变化,随着两步烧结中第一步烧结温度T的增加,晶格畸变开始增大,在第一步烧结温度T=1025℃时达到最大值。因此,由于准同型相界和两步烧结的最佳烧结条件,在第一步烧结T=1025℃,第二步烧结T=900℃的0.7bi FeZnTiO-0.3baTiO陶瓷得到了最好饱满的电滞回线,且其电学性能最好,两倍剩余极化2P=85.1μC/cm,漏电流密度1.19×10A/cm,压电常数d=149 p C/N,逆压电常数=516 pm/V以及居里温度为T=461℃。(3)进一步研究以0.7biFeO-0.3baTiO为基本组元,以溶胶凝胶法和最佳温度两步烧结为制备工艺,Zn和Mn在b位等量共掺对陶瓷的介电性、铁电性及压电性的影响。通过XRD、SEM、Raman光谱和XPS等手段对掺杂Zn和Mn的0.7bi FeZnMnO-0.3baTiO(bFZMx-bT)陶瓷进行了研究。通过(Zn,Mn)等量共掺在bF-bT陶瓷的b位,使得晶粒尺寸和氧空位浓度发生变化,从而提高了居里温度、介电性能、铁电性能和压电性能。(4)最后,研究了采用Sol-gel法和两步烧结法制备掺杂Mg和Mn的无铅0.7bi FeMgMnO–0.3baTiO(bFMMx–bT)压电陶瓷。Mn离子发生价态转变,进而降低了氧空位含量,降低了陶瓷漏电流密度,减弱了其假性极化带来的铁电性能的增强作用。在掺杂x=0.04的bFZM0.04-bT陶瓷获得低漏电流(4.93×10A/cm),较大的剩余极化(2P=93.8μC/cm)。同时,Mn和Mg共掺的协同抑制作用导致晶粒尺寸减小,以及氧空位含量的降低使得性能的增强。本文的创新之处体现在通过对不同比例biFeO-baTiO固溶形成复相陶瓷的结构和性能对比研究,阐述了其性能改善机理。还通过优化的制备工艺(两步烧结),进一步提高陶瓷的铁电性能。同时,在以上基础上深入研究了(Zn/Mg,Mn)等量共掺杂对biFeO-baTiO陶瓷的物相组成、结构形貌、化学元素价态及电学性能的影响,阐述了掺杂机理及效应,为biFeO-baTiO今后在压电材料领域的实际应用提供了实验依据。

关键词：压电陶瓷铁酸铋-钛酸钡两步烧结 b位掺杂电学性能

b位掺杂铋系四层钙钛矿陶瓷的制备及电学性能研究

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B位掺杂铋系四层钙钛矿陶瓷的制备及电学性能研究

作者：夏珍雨湖北大学

学位级别：硕士

层状铋系Aurivillius多铁性材料在众多的多铁材料当中备受关注,这种材料为智能传感器、多态存储单元和自旋电子器件等提供了巨大的潜在应用前景。目前这方面的报道很多,主要研究的是其实验方法和磁性能改善方面,但对其电学性能的研究较... 详细信息

层状铋系Aurivillius多铁性材料在众多的多铁材料当中备受关注,这种材料为智能传感器、多态存储单元和自旋电子器件等提供了巨大的潜在应用前景。目前这方面的报道很多,主要研究的是其实验方法和磁性能改善方面,但对其电学性能的研究较少。本论文对其进行掺杂改性,研究掺杂对其电学性能改善方面的影响,分析其中改变的机理,具体内容如下:1.采用传统固相法制备四层钙钛矿biTiFeCoO(bTFC-x)陶瓷样品。随Co掺杂含量增加,其晶粒大小逐渐减小,在725 cm附近出现的振动模逐渐增强,这可能是源于Co O八面体。介电性能随Co掺杂含量的改变也有一定的变化。综合所有的数据分析,Co的掺杂含量为0.2时的陶瓷样品的介电性能为最优。通过对介电数据的分析得到弛豫过程与氧空位相关。此外,剩余极化强度随Co含量增加而增强,这可能是由于晶粒尺寸的减小导致相邻畴的钉扎作用减弱,从而提高了铁电性能。2.采用传统固相法制备四层结构的biTiFeMnO(bTFM-x)陶瓷样品。X射线衍射仪和扫描电子显微镜的测试结果表明,随Mn掺杂含量增加,其晶粒尺寸逐渐增大,在拉曼光谱中,当Mn含量从0增加到0.08时,667 cm模态显著增强,这是源于Mn O八面体,由(Fe/Mn)O八面体畸变引起的。从介电数据综合分析得出,当掺杂含量为0.04时的陶瓷样品的介电性能是最优的。由介电数据中的电模量频谱图可以拟合得出其激活能,从而分析得出介电弛豫行为与氧空位有关。从压电数据当中得出,Mn掺杂含量为0.04时的d值是最大的,因此表现出最优的压电性能。

关键词：钙钛矿陶瓷介电性能铁电性能 b位掺杂

b位掺杂钛酸钡高熵陶瓷的制备及介电性能研究

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B位掺杂钛酸钡高熵陶瓷的制备及介电性能研究

作者：魏子程昆明理工大学

学位级别：硕士

baTiO是一种常见的介电陶瓷材料,其介电常数在居里点温度（120C）会出现巨大波动,且高温稳定性差、残余极化高（Pr>14.7μC/cm）、储能密度和储能效率低,因此baTiO不能应用在更高的温度（>200C）。本研究拟借鉴高熵陶瓷理论提高钛酸钡... 详细信息

baTiO是一种常见的介电陶瓷材料,其介电常数在居里点温度（120C）会出现巨大波动,且高温稳定性差、残余极化高（Pr>14.7μC/cm）、储能密度和储能效率低,因此baTiO不能应用在更高的温度（>200C）。本研究拟借鉴高熵陶瓷理论提高钛酸钡的高温稳定性,对baTiO的b位进行掺杂,分别以常规烧结和快速热压烧结两种工艺制备了ba(ZrTiSnHfX)O（X=Nb or Ta）高熵陶瓷。利用XRD分析、阿基米德排水法、SEM微观形貌分析、EDS能谱分析、压痕法、介电性能分析等测试方法对高熵陶瓷的物相组成、相对密度、微观形貌、力学性质和介电性能进行了表征,讨论了常规烧结和快速热压烧结对该高熵陶瓷显微结构和介电性能的影响。利用固相反应法制备了ba(ZrTiSnHfX)O（X=Nb or Ta）陶瓷粉末,然后以常规烧结方法在1480C烧结2h制备了ba(ZrTiSnHfNb)O,以1600C烧结10h制备了ba(ZrTiSnHfTa)O陶瓷。XRD测试表明,两种ba(ZrTiSnHfX)O（X=Nb or Ta）陶瓷均为单一钙钛矿结构,没有其他杂质的衍射峰。常规烧结ba(ZrTiSnHfX)O（X=Nb or Ta）陶瓷的平均晶粒尺寸为0.70μm和1.30μm。铁电压电分析仪测试ba(ZrTiSnHfX)O（X=Nb or Ta）的击穿场强分别为E=100 k V/cm和E=50 k V/cm。在25～400C时,ba(ZrTiSnHfX)O（X=Nb or Ta）的介电常数分别在44.99～47.08和49.78～50.49;ba(ZrTiSnHfX)O（X=Nb or Ta）陶瓷的介电损耗分别在0.000357～0.064和在0.074～0.222。ba(ZrTiSnHfX)O（X=Nb or Ta）的维氏硬度分别为8.40 GPa和5.20GPa,断裂韧性分别为2.74 MPa·m和2.25 MPa·m。为了改善ba(ZrTiSnHfX)O（X=Nb or Ta）陶瓷的介电性能,采用快速热压烧结工艺,分别在1480C和1400C下烧结5min制备了ba(ZrTiSnHfNb)O和ba(ZrTiSnHfTa)O高熵陶瓷,其相对密度分别为97.20%和92.89%,平均晶粒尺寸分别为0.88μm和141.23 nm。通过铁电压电分析仪测试ba(ZrTiSnHfTa)O（X=Nb or Ta）的击穿场强为分别E=30 k V/cm和E=23 k V/cm。通过介电性能测试,在25～400C时,ba(ZrTiSnHfNb)O的介电常数为20～350,介电损耗为0.13085～1.334;ba(ZrTiSnHfTa)O的介电常数为900～2600,介电损耗为0.88～12。ba(ZrTiSnHfX)O（X=Nb or Ta）的维氏硬度分别为7.45 GPa和5.22GPa,断裂韧性分别为2.99 MPa·m和2.12 MPa·m。

关键词：钛酸钡基高熵陶瓷 b位掺杂介电性能常规烧结快速热压烧结

b位掺杂调制bi5Ti3FeO15多铁性材料的结构、电学和磁学性质研究

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B位掺杂调制Bi5Ti3FeO15多铁性材料的结构、电学和磁学性质研究

作者：陈超华东师范大学

学位级别：硕士

铋系层状钙钛矿氧化物因其具有铁电相变温度高、强铁电极化、抗疲劳及环境友好等特性,在铁电存储器、高温压电制动器等领域具有巨大的应用潜力。另外,以典型三层结构biTiO与典型多铁性biFeO构成的天然层状钙钛矿材料体系,其通式为biTiFe... 详细信息

铋系层状钙钛矿氧化物因其具有铁电相变温度高、强铁电极化、抗疲劳及环境友好等特性,在铁电存储器、高温压电制动器等领域具有巨大的应用潜力。另外,以典型三层结构biTiO与典型多铁性biFeO构成的天然层状钙钛矿材料体系,其通式为biTiFeO(n为正整数),因其呈现铁电、磁性及磁电耦合效应等,近年已受到科研人员的极大关注。该类材料体系磁基态为反铁磁序,磁电耦合作用较弱且其机制不明晰等物理问题,因此,科研人员利用不同手段,如掺杂工程、界面工程及应力工程等,来调节其磁序、增强其聂耳温度及磁电耦合作用等,以实现基于该类体系在磁电器件领域的应用。基于此背景,本论文通过b位掺杂以调制四层biTiFeO(bTFO)相结构的电学和磁学性质,取得的主要研究结果如下。1、采用传统固相烧结法制备了不同浓度Nb和Fe共掺杂的bTFO块体材料,其化学通式为:biTiFeNbO(bTFNO,x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)。结果表明bTNFO陶瓷材料具有Aurivillius相结构,晶格常数a,c是随着Nb和Fe含量的增加而增加,而晶格常数b则是线性减小,通过SEM测得材料表面形貌结构显示bTFNO材料具有典型Aurivillius片状结构。另外,研究发现随着N1b和Fe共掺杂浓度的增加,介电色散行为增强;当浓度高于0.2时,样品出现介电损耗弛豫峰,且其随着浓度的增加,弛豫峰向低频方向移动。研究表明bTFNO材料具有与母体bTFO相同的磁序,即超顺磁主导的反铁磁性,且随着Nb和Fe共掺杂浓度的增加,其反铁磁长程有序增强。通过bTFNO体材料XRD分析可得Nb和Fe共掺杂可抑制片状晶粒c轴的择优取向,促进a/b轴方向的生长,从而改善材料压电特性,此外,我们在bTFO陶瓷样品表面观察到了反常的铁电反转行为。2、利用化学溶液法制备了 Mn掺杂的bTFO薄膜(bTFMO),研究退火温度对微观结构、铁电和磁学性质的影响。研究结果发现退火温度低于600 ℃时,具有弱结晶性,而温度为750 ℃时,样品XRD衍射峰中出现杂相;退火温度为650 ℃和700 ℃时,样品呈现良好结晶性,且薄膜晶粒饱满、致密。此外,退火温度为650℃时,bTFMO薄膜样品铁电性最强,即外加电场为650 kV/cm时,其剩余极化矢量可达58.4μC/cm2左右,其值远大于母体材料bTFO。另外,在磁性方面,bTFMO薄膜样品呈现反铁磁性,其反常行为发生在80 K左右。

关键词：铋系层状结构钙钛矿结构 b位掺杂磁学性质铁电压电性质