Sr、Co共掺多铁性材料BiFeO3的性能

利用溶胶-凝胶法制备了BiFeO_3、Bi_(0.95)Sr_(0.05)FeO_3、BiFe_(0.95)Co_(0.05)O_3和Bi_(0.95)Sr_(0.05)Fe_(0.95)Co_(0.05)O_3样品,并对样品的结构、形态、元素含量、铁电性和铁磁性进行了研究。结果表明,共掺杂样品Bi_(0.95)Sr_(0.05)Fe_(0.95)Co_(0.05)O_3的晶体结构发生了变化,铁电性明显增强,但漏电流变大;Bi_(0.95)Sr_(0.05)FeO_3、BiFe_(0.95)Co_(0.05)O_3样品的磁性都有所增强,但Bi_(0.95)Sr_(0.05)Fe_(0.95)Co_(0.05)O_3样品的磁性并没有随着Sr和Co的共同掺杂而进一步提高,从氧空位浓度、Fe-O共价键结构的变化和晶体尺寸三个方面对产生这种现象的原因进行了分析。     

La和Nb共掺提高BiFeO3的磁学性能

采用溶胶-凝胶法成功制备了Bi_(1-x)La_xFe_(0.99)Nb_(0.01)O_3(x≤0.25)纳米颗粒样品,并研究了La和Nb共掺对BiFeO_3样品的晶体结构、晶粒尺寸和磁学性质的影响。根据X射线衍射及Rietveld精修结果可知,所有样品都保持R3c空间结构,且Fe-OFe键角随着La掺杂量的增加而减小。XPS测试结果表明,La和少量Nb共掺不会引起样品中Fe~(3+)和Fe~(2+)含量的明显变化。磁性测量发现剩余磁化强度强烈依赖于La掺杂量x。La掺杂影响着反向旋转的FeO_6八面体结构变化,而Nb离子掺杂会导致样品晶粒细化。共掺BiFeO_3的磁性增强是两种影响机制协同作用的结果。     

多铁性BiFeO_3的制备与多功能表征

利用湿化学方法和脉冲激光沉积技术制备了BiFeO_3陶瓷、薄膜和纳米结构,目的是评价其作为多铁性多功能应用的前景。研究结果如下:(1)发展了一种快速烧结技术制备了高质量单相BiFeO_3陶瓷,通过A位掺杂获得了良好的铁电性能和磁性。(2)制备了高质量的BiFeO_3薄膜,获得了优异的铁电性能,并证明其弱铁磁性来源于尺寸效应和Fe~(2 )的存在。(3)揭示了BiFeO_3纳米结构作为高效光催化的性能。     

单/双离子替代对铁酸铋薄膜性能影响的研究进展

铁酸铋在室温下既可表现出铁电性又可表现出反铁磁性,在器件应用上有非常大的应用前景,因此被认为是最有前途的多铁性化合物之一。本文综述了多铁性材料的发展历史、铁酸铋晶体结构以及国内外近年来关于铁酸铋薄膜铁电性能离子替代改性的相关工作及研究进展。本文重点围绕由镧系和低价碱金属元素的A位替代、过渡族金属元素的B位替代,以及A,B位共同替代对铁酸铋薄膜的漏电流、铁电性的影响,并系统总结了不同元素、不同掺杂量对A,B位替代的铁酸铋薄膜的剩余极化和矫顽电场值的影响,更为直观地展现出各类元素离子替代改性对铁酸铋薄膜的影响。本文最后提出了关于铁酸铋薄膜制造工艺、电极材料、薄膜厚度和操作电压等亟待开展的工作。     

Nb、K共掺对BiFeO3纳米晶体结构和磁性的影响

采用溶胶-凝胶法制备Bi_(1-x)K_xFe_(1-x)Nb_xO_3(0≤x≤0.05)纳米晶体,并研究Nb、K共掺杂对BiFeO_3样品晶格结构和磁学性质的影响。根据XRD图谱和Rietveld精修可知,所有样品保持R3c相,晶格常数a、c,晶胞体积V和Fe-O-Fe发生微弱的变化。XPS测量显示,少量的Nb、K共掺杂不引起样品中Fe~(3+)和Fe~(2+)比例的变化。磁测量表明,所有掺杂样品的磁性都得到了增强。当掺杂量x=0.01时,剩余磁化强度Mr达到最大值,Mr=0.1978emu/g,相比于纯BiFeO_3增大了18倍。低掺杂时剩余磁化强度Mr增大,可能是由于掺杂样品中存在束缚磁极化子引起的。     

单相Bi_(0.95)La_(0.05)Fe_(1-x)Co_xO_3陶瓷的多铁性能研究

利用高温高压技术制备了Bi_(0.95)La_(0.05)Fe_(1-x)Co_xO_3(x=0,0.1,0.2)陶瓷样品。研究了La和Co共掺杂对BiFeO_3的物相结构及多铁性能的影响。结构分析表明,所有样品均为菱方钙钛矿结构,同时Co掺杂引起一定的结构畸变。Co掺杂导致Bi_(0.95)La_(0.05)FeO_3中空间调制的螺旋磁结构转变为共线的G型反铁磁结构,从而导致样品室温磁性能得到明显提高。样品中介电常数随着外加磁场的增加而增加,表明在Co掺杂Bi_(0.95)La_(0.05)FeO_3陶瓷中存在磁电耦合效应。在796kA/m外加磁场及3kHz频率下,Bi_(0.95)La_(0.05)Fe_(0.9)Co_(0.1)O_3和Bi_(0.95)La_(0.05)Fe_(1-x)Co_xO_3的磁介电系数分别为1.61%和1.75%。     

铁酸铋薄膜的电学特性及掺杂影响分析

利用溶胶-凝胶法在氧化铟锡(ITO)衬底上制备了多铁性铁酸铋薄膜,发现这种方法制备的薄膜具有典型的钙钛矿晶体结构,并表现出较好的介电性能。薄膜的漏电和铁电性能测试表明由于漏电流比较大,薄膜在室温下表现出不饱和的电滞回线,难以精确获得剩余极化强度值。而在外加扫描电压或电流时,薄膜均呈现出明显的阻变效应,可应用于阻变信息存储。最后,分析讨论了元素掺杂对薄膜铁电性能和阻变效应的影响。     

不同厚度BiFeO_3薄膜的光电性质

利用溶胶-凝胶法制备BiFeO_3靶材,通过射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备不同厚度的BiFeO_3薄膜,并研究不同厚度对其微观结构、铁电性、漏电流特性及薄膜折射率和消光系数的的影响。结果表明,随着薄膜厚度的增加,铁电性变好,薄膜折射率和消光系数增大,当电压较低时(U1/22),Poole-Frenkel机制在漏电特性中起主导作用,当电压较高(1/U0.25)时,FN隧穿起主导作用;通过拟合图谱计算出不同沉积时间的薄膜厚度及表面层厚度,结果与原子力显微镜测的数值基本一致。     

La空位和Sr离子掺杂对La-Ca-MnO材料磁性能的影响

用溶胶-凝胶法制备了La位空位掺杂La_(0.7-x)Ca_(0.28)Sr_(0.02)MnO_3(x=0.00~0.10)系列样品和Sr离子掺杂La_(0.77-x)Ca_(0.2)Sr_xMnO_3(x=0.00~0.10)系列样品,研究了La位空位掺杂和Sr离子掺杂对样品相结构、居里温度和磁熵变的影响。结果表明,两个系列样品都在近室温有较大磁熵变,对于钙钛矿La-Ca-MnO_3型材料,在La位含少量空位的基础上进行Sr离子掺杂,对居里温度和磁熵都有较积极的调节作用。     

多铁性复合薄膜的结构及2-2 型双层复合磁电薄膜的制备方法

多铁性材料是一种新型材料,即一种材料同时具备铁电性、铁磁性和磁电耦和性。多铁性材料已成为当前国际上一个新的研究热点。介绍了多铁性复合薄膜的结构、2-2型多铁性复合薄膜的制备方法以及制备B iFeO3-Fe双层多铁性薄膜的最佳生长条件。     

锰掺杂对PbZr0.5Ti0.5O3铁电薄膜电学性能的影响

采用Sol-gel方法在生长有LNO3的Si(100)衬底上制备了掺Mn的PbZr0.5Ti0.5O3铁电薄膜(PMZT)。PMZT薄膜具有优良的铁电性。在外加电场下观察到了非对称剩余极化翻转行为。这种剩余极化的翻转不对称随着锰掺杂浓度的增加而变大,从而表明极化过程中产生的内建偏压电场是由Mn的掺杂引起的。当薄膜厚度保持不变时候,PMZT薄膜的剩余极化(Pr)和平均矫顽电场(Ec)随着锰掺杂浓度的增大而减小。在低频下,PMZT薄膜的介电常数随着锰的掺杂浓度的增加而减小。瞬时电流随着时间的呈指数衰减,最后到达饱和的稳态值。样品的漏电流密度随着电压的增加而近似地线性增加,显示出欧姆特性。在相同电压下,漏电流密度随着Mn掺杂浓度的增加而增加。     

La掺杂对磁控溅射CaB_6薄膜的影响（英文）

利用直流磁控溅射的方法制备掺La和未掺La的Ca_(1-x)La_xB_6(x=0,0.01,0.02,0.03)薄膜。利用原子力显微镜对薄膜的表面形貌及厚度进行表征。掺La的薄膜的厚度约为未掺杂的两倍;La的掺杂会使薄膜的晶粒尺寸变大。利用X射线光电子能谱对薄膜表面的化学组成进行检测。薄膜中Ca/La比接近理论值,没有检测到其它的铁磁性杂质及元素,尤其是Fe。Ca_(0.98)La_(0.02)B_6薄膜具有最大的室温饱和磁化强度,强度值为84.54 emu/cm~3。同时薄膜的饱和磁化强度值随薄膜厚度的增加而降低。在Ca_(1-x)La_xB_6薄膜中,B_6空位是薄膜磁性的主要来源,其它类型的缺陷例如晶界等,同样影响着薄膜磁性的大小。     

Sm、Zr共掺杂对BiFeO3陶瓷结构、电性以及磁性的影响

采用固相烧结法合成Bi_(0.9)Sm_(0.1)Fe_(1-x)Zr_xO_3(BSFZO,x=0～0.08)陶瓷样品。X射线衍射图谱表明所有样品均为三方结构,空间群为R3c。Rietveld精修表明,随着Zr含量的增加,晶胞参数逐渐增大。利用扫描电镜对样品表面形貌分析可知,Zr元素的掺杂减缓了晶胞的生长速度,晶粒尺寸变小。Bi_(0.9)Sm_(0.1)Fe_(1-x)Zr_xO_3样品的剩余极化随着x的增加先增大而后减小。当x=0.04时达到最大值。Bi_(0.9)Sm_(0.1)Fe_(1-x)Zr_xO_3的介电常数随着x增加逐渐降低,而漏电流几乎没有变化。Zr~(4+)离子的引入,增强了样品的铁磁特性,当x=0.06时,剩余磁化强度达到最大值。     

单相Bi_(0.95)La_(0.05)Fe_1-_xCo_xO_3陶瓷的多铁性能研究

利用高温高压技术制备了Bi_(0.95)La_(0.05)Fe_1-_xCo_xO_3(x=0,0.1,0.2)陶瓷样品。研究了La和Co共掺杂对BiFeO_3的物相结构及多铁性能的影响。结构分析表明,所有样品均为菱方钙钛矿结构,同时Co掺杂引起一定的结构畸变。Co掺杂导致Bi_(0.95)La_(0.05)FeO_3中空间调制的螺旋磁结构转变为共线的G型反铁磁结构,从而导致样品室温磁性能得到明显提高。样品中介电常数随着外加磁场的增加而增加,表明在Co掺杂Bi_(0.95)La_(0.05)FeO_3陶瓷中存在磁电耦合效应。在796 kA/m外加磁场及3k Hz频率下,Bi_(0.95)La_(0.05)Fe_(0.9)Co_(0.1)O_3和Bi_(0.95)La_(0.05)Fe(0.8)Co_(0.2)O_3的磁介电系数分别为1.61%和1.75%。     

单相多铁性体CaMn_7O_(12)的研究进展

CaMn7O12作为一种新的铁电性与磁性具有强耦合的单相多铁性材料受到了越来越多的关注,原因就是其特殊的铁电物理机制,即它的铁电性是由本身长周期螺旋桨型自旋(proper-screw)磁序引起的。由于这种特殊的磁序,导致了它具有非常好的磁电效应,沿着c轴方向大的极化强度(Pc=2 870μC/m2)以及较高的奈尔温度(TN1=90K)。综述了CaMn7O12的晶体结构、特殊磁序的形成原因、铁电性与磁性耦合效应以及磁致多铁性的物理机制。     

Eu离子掺杂BiFeO_3的多铁性及Raman谱研究

利用溶胶-凝胶法成功制备了BiFeO3和Bi0.95Eu0.05FeO3粉末样品,并讨论了温度和Bi离子的含量对样品制备的影响。铁电性和磁性测量显示:与BiFeO3样品相比,稀土(Eu)离子掺杂的BiFeO3样品的磁性和铁电性有很大提高。Raman谱数据分析得出,Eu离子掺杂引起了BiFeO3样品的局域结构的改变。Eu离子掺杂促使BiFeO3样品的磁性提高归因于局域结构改变导致了BiFeO3样品中的自旋轮摆结构的破坏,最终使样品的磁性提高。     

PbTiO_3/BiFeO_3多层薄膜的铁电性质

用溶胶一凝胶方法在LaNiO3底电极上制备了BiFeO3/PbTiO3多层薄膜.研究了室温下薄膜的结构,铁电性质和漏电流性质,并将其与纯的BiFeO3薄膜的性质进行了比较.从薄膜的XRD模式中可以观察到共存的BiFe3O相和PbTiO3相.通过电滞回线测量发现,在较低的测试电场下,BiFeO3/PbqTiO3多层薄膜表现出反铁电性;而在较强的测试电场下表现出铁电性.相对于纯的BiFeO3薄膜,BiFeO3/PbTiO3多层薄膜能够承受更高的测试电场而获得充分极化,从而表现出较强的铁电性.漏电流特性测试表明,相对于纯的BiFeO3薄膜,BiFeO3/PbTiO3多层薄膜具有更低的漏电流.     

磁控溅射法制备BiFeO_3/CoFe_2O_4多铁性复合薄膜及其铁电铁磁性研究

用磁控溅射法在Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上成功制备了BiFeO3(BFO)/CoFe2O(4CFO)层状结构磁电复合薄膜,测试结果显示此磁电复合薄膜在室温下同时存在铁电性和铁磁性。在70V极化电压,室温条件下,剩余极化强度(2Pr)和矫顽电场强度(2Ec)分别为77μC/cm2和678kV/cm;饱和磁化强度(2Ms)和矫顽磁场强度(2Hc)分别为154emu/cm3和2.6kOe。     

溶胶-凝胶法制备Bi0.975La0.025Fe0.975Ni0.025O3铁电薄膜的结构及物理性能

采用溶胶-凝胶法在Pt/Ti/SiO_2/Si(111)衬底上制备了Bi_(0.975)La_(0.025)Fe_(0.975)Ni_(0.025)O_3(BLFNO)铁电薄膜。利用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)及其压电模式(PFM)对薄膜的晶体结构、表面形貌以及铁电畴结构进行了研究。研究发现,BLFNO为结晶良好的钙钛矿结构多晶薄膜,且薄膜表面颗粒生长均匀。PFM测试图显示铁电薄膜在自发极化下的铁电畴结构清晰,铁电电容器具有良好的铁电性能。应用铁电测试仪对Pt/BLFNO/Pt电容器进行测量,得到了饱和性良好的电滞回线。在828kV/cm的外加电场下,Pt/BLFNO/Pt电容器的剩余极化强度为74.3μC/cm~2,表明La、Ni的共掺杂没有明显抑制铁电电容器的剩余极化强度,铁电电容器具有良好的铁电性能。漏电流研究结果表明,La、Ni元素的共掺杂有效降低了薄膜的漏电流密度,在277.8kV/cm外加电场下漏电流密度在10-4 A/cm2量级,明显小于纯BFO薄膜的漏电流密度。正半支漏电流曲线满足SCLC导电机制,对于负半支曲线,当电场强度大于22.2kV/cm时,同样遵循SCLC导电机制;但是,当电场强度小于22.2kV/cm时,曲线斜率约为4.8,表明参与导电贡献的电子数较多,归因于极浅陷阱俘获的电子在外加电场作用下参与了导电行为。室温下磁滞回线测试结果表明BLFNO薄膜具有反铁磁性质。     

磁性离子基团耦合激发Bi_5FeTi_3O_(15)材料中的铁磁性

采用固相反应法,制备了Bi_5Fe_(1-x)Co_xTi_O_(15)(BFCT-x,x=0.0～0.6)陶瓷样品.掺杂后样品的剩余磁化强度(2M_r)和剩余极化强度(2P_r)都得到了提高,并以磁性能改善最为明显,在室温下显示为铁磁性.BFCT-0.5样品的磁化强度达到2.3 mA·m~2/kg,比未掺杂高两个数量级.样品铁磁性的增强可能来源于Fe-O-Co耦合.样品的铁电性能随掺杂量的变化则表现为增强、减弱、再增强趋势.这一趋势是由掺杂导致的晶格畸变、电荷补偿以及共价键的变化所共同决定.