新型铁磁电薄膜的研究现状

本文综述了各种结构的多铁薄膜的性能及研究过程中需要解决的问题。     

铌酸钾钠/铁酸钴铜多铁性磁电复合材料的制备及性能研究

通过固相法制备了(1–x)(0.9462K0.5Na0.5NbO3-0.0498LiSbO3-0.004BiFeO3)-xCo0.85Cu0.15Fe2O4((1–x)(KNN-LS-BFO)-xCCFO)(x=0.1、0.2、0.3、0.4、0.5)复合多铁性磁电陶瓷.XRD分析表明:烧结后的样品为复合的钙钛矿和尖晶石结构,没有发现杂相产生.SEM照片显示KNN-LS-BFO晶粒生长完好尺寸较大,而CCFO晶粒尺寸较小.当x从0.1增加到0.5时,复合材料的压电系数从120 pC/N减小到33 pC/N,而饱和磁化强度和剩磁增加,饱和磁致伸缩系数从18×10–6增加到51.5×10–6左右.材料的磁电耦合系数随着外磁场的增加先增大到极大值后再减小;当交变磁场频率为1 kHz,x=0.3时材料的磁电电压系数达到最大值20.6 mV/A.     

柔性多铁复合薄膜磁电耦合效应研究进展

随着现代信息技术的不断发展,集电、磁于一身的多铁复合薄膜材料因其独特的物理特性已在换能器、传感器、存储器等领域应用广泛。然而,尽管多铁复合薄膜克服了陶瓷因高温烧结造成磁电耦合系数较小的缺点,但多铁复合薄膜中的铁电相也存在韧性差、脆性大,从而限制其在柔性器件中的应用。通过将铁磁相与具有柔性的铁电相复合而成的柔性多铁复合薄膜理论上可获得强的磁电耦合性能,同时因其具有优异的柔韧性和延展性,有望应用于便携式可穿戴设备、医疗设备、磁电传感器设备等领域。但是,柔性多铁复合薄膜的磁电耦合效应与磁电相的性能、组成、两相的接触面积以及两相间的复合形式等因素有关,其中,复合形式是影响耦合系数的关键因素。因此,综述了国内外复合形式影响柔性多铁复合薄膜磁电耦合效应的研究进展,并提出了一些亟待解决的问题。     

磁电及多铁材料研究进展

近10年来具有磁电耦合特性的材料研究取得了令人瞩目的进展,对相关研究情况做一简要介绍,内容包括磁电相互作用的主要类型和机理,特别关注室温下具有良好磁电效应的潜在实用材料,对磁电及多铁材料在信息和节能技术的应用实例也进行了简要的讨论。     

扩散阻挡法制备铁酸钴/锆钛酸铅0-3复合材料及性能研究

通过溶胶-凝胶工艺在铁酸钴(CoFe2O4,CFO)陶瓷粉体表面包覆二氧化锆,形成核壳结构。以钨酸锂Li2WO3作为铁电相锆钛酸铅镧(PLZT)的烧结助剂以降低烧结温度。将两种粉体混匀,经成型和共烧工艺制备了xCFO/(1-x)PLZT 0-3复合多铁性陶瓷(质量分数x为0.1、0.2、0.3、0.4)。研究了铁磁相含量、陶瓷的晶相结构、微观形貌以及烧结工艺条件对陶瓷介电、压电、铁电性能的影响。X射线衍射分析表明,复合多铁性陶瓷样品保持了较纯净的钙钛矿(PLZT)和尖晶石(CoFe2O4)结构。扫描电镜形貌分析和能谱分析显示复合材料的两相分布均匀,氧化锆成功包覆在铁磁相CoFeO4颗粒表面,且二氧化锆大大减少了高温下铁、钴离子的扩散。当磁场频率为10kHz时,1100℃烧结的CFO/PLZT复合陶瓷(x=0.2)的磁电转换系数约为3.53×106mV/(T.cm)。     

磁电多铁性复合材料磁电耦合性能有限元分析

磁电多铁性复合材料由于具有磁电耦合的特性,在存储器、传感器等领域具有广泛的应用前景,近年来成为该领域研究的前沿问题。本文采用有限元方法对叠层块状磁电多铁性复合材料的磁电耦合效应进行计算分析,研究了边界条件、尺寸、粘接层的厚度以及材料性能对磁电耦合效应的影响,以期为磁电多铁性复合材料器件设计提供理论依据。研究表明,上下外表面z方向固定、长宽比的增大、铁电层所占比例的增大、粘接层厚度的减小及杨氏模量的增加均能提高磁电多铁性复合材料的磁电耦合系数。     

PrBi4Fe0.5Co0.5Ti3O15多铁陶瓷的性能研究

采用传统固相反应法与两步合成法制备了PrBi₄Fe_0.5Co_0.5Ti₃O₁₅陶瓷, 研究了Pr与Co共掺杂对Bi₅FeTi₃O₁₅陶瓷的结构、磁性能以及介电性能的影响。X射线衍射分析显示, 传统固相反应法制备的样品比两步法制备的样品更容易形成单相结构。铁电和磁性测量证明样品具有多铁性, 并且Pr与Co共掺杂能大幅提高材料的磁性能, 固相反应法与两步合成法制备的样品在室温下的剩余磁化强度(2M_r)分别为0.315, 0.576 Am²/kg, 比文献报道的Bi₅FeTi₃O₁₅陶瓷的2M_r ( 2.7 Am²/kg ) 高5个数量级, 比掺Co的Bi₅Fe_0.5Co_0.5Ti₃O₁₅陶瓷2M_r ( 7.8×10^-3 Am²/kg ) 高2个数量级。     

核壳型CoFe2O4/TiO2磁载纳米光催化剂制备及性能

采用化学共沉法和TiCl4水解法制备CoFe2O4磁粒子和核壳型CoFe2O4/TiO2光催化剂,在100℃烘干,350℃焙烧2 h,在紫外光源和太阳光照射下所制备的CoFe2O4/TiO2光催化剂显示出较高的甲基橙降解能力,利用外加磁场很容易将CoFe2O4/TiO2光催化剂和所处理的污水分离,并可循环使用.TEM和XRD分析结果表明:CoFe2O4粒径约为20nm,TiO2包覆的CoFe2O4粒子的粒径约为30～40nm,TiO2包覆层约为10～20nm.     

NiFe2O4-BiFeO3纳米管的制备与磁电特性研究

采用溶胶-凝胶法在多孔氧化铝模板的纳米孔洞中成功地合成了xNiFe₂O₄-(1-x) BiFeO₃ (NFO-BFO)复合纳米管阵列。扫描电镜照片显示纳米管的外径约为70 nm, 内径约为50 nm, 长度约为80 μm。X射线衍射图谱显示, 通过自组装形成了钙钛矿结构的铁电相BFO和尖晶石结构的铁磁相NFO。磁性和铁电性的测试结果表明, 复合纳米管具有明显的室温铁磁性和电极化性能, 且易磁化方向沿着纳米管的长轴方向。随着NFO复合比例的增加, 纳米管阵列的磁性和电极化性能逐渐增强。NFO对复合纳米管阵列铁磁贡献的计算结果表明, NFO-BFO纳米管阵列中存在着磁电耦合效应。     

BaTiO3/CoFe2O4/BaTiO3复合磁电薄膜生长及应力研究

用激光分子束外延（LMBE）设备,在SrTiO3（001）基片上外延生长BaTiO3/CoFe2O4/BaTiO3多层复合磁电薄膜结构。通过反射式高能电子衍射（RHEED）对薄膜生长过程进行原位监测,结果显示,随着CoFe2O4厚度的增加薄膜内应力逐渐被释放,并且应力释放的过程导致了薄膜生长模式的变化。高分辨X射线衍射（XRD）发现,随着CoFe2O4厚度的增加,CoFe2O4对BaTiO3薄膜的张应力逐渐增大,BaTiO3晶胞的c轴晶格常数逐渐变小。理论计算给出了BaTiO3面外晶格常数c随CoFe2O4沉积时间的变化规律。原子力显微镜（AFM）对表面形貌进行表征,进一步证明了复合薄膜生长模式的变化。     

单相多铁性磁电体磁电起源及耦合机理分析

单相多铁性磁电体是指在同一相下既有铁电性又有铁磁性的材料,其丰富的物理机制和极大的应用潜力近来受到国内外学术界和工程应用领域的广泛关注.电极化和磁化通过内禀的磁电耦合作用为下一代多功能电子器件的设计提供了额外的自由度.简单回顾了单相磁电材料研究的历史以及最新进展,从其导电性、对称性、化学d0性、结构畸变等方面详细讨论了单相多铁性磁电体磁电性的起源及耦合,并简单分析了磁电材料产业化进程中存在的问题,展望了多铁性磁电体的研究及应用前景.     

CoFe_2O_4@FeCo纳米核壳颗粒的制备与磁性研究

利用化学共沉淀法合成Co Fe2O4纳米颗粒,并在氢气气氛下还原获得Co Fe2O4@Fe Co核壳结构磁性纳米颗粒。用XRD和TEM对所得样品进行结构分析,用SQUID测量样品在300 K时的磁滞回线,发现随着壳厚度的增加,核壳结构样品的矫顽力呈现先增加后减小的趋势,而其饱和磁化强度表现出逐渐增加的趋势。为了探究所制备样品的核壳磁性层之间的交换相互作用,还测量了M-T曲线以及T=5 K时的零磁场冷却(ZFC)和带磁场冷却(FC)磁滞回线。     

双元共掺杂Bi1-xLax(Fe0.95Mn0.05)O3多铁性材料的磁性研究

采用溶胶-凝胶法制备了Bi1-xLax(Fe0.95Mn0.05)O3(x=0,0.10,0.15)多晶样品。X射线衍射实验表明La、Mn离子共掺杂没有改变样品的四方晶格结构。X射线能量色散分析显示样品的化学组分几乎不变。Mn离子掺杂或者是(La、Mn)离子共掺杂,导致铁酸铋材料的磁性增强。X射线吸收精细结构实验表明Mn3+的局域结构的改变是样品磁性增强的原因。     

Realization of Large Electric Polarization and Strong Magnetoelectric Coupling in BiMn3Cr4O12

Magnetoelectric multiferroics have received much attention in the past decade due to their interesting physics and promising multifunctional performance. For practical applications, simultaneous large ferroelectric polarization and strong magnetoelectric coupling are preferred. However, these two properties have not been found to be compatible in the single‐phase multiferroic materials discovered as yet. Here, it is shown that superior multiferroic properties exist in the A‐site ordered perovskite BiMn₃Cr₄O₁₂ synthesized under high‐pressure and high‐temperature conditions. The compound experiences a ferroelectric phase transition ascribed to the 6s² lone‐pair effects of Bi³⁺ at around 135 K, and a long‐range antiferromagnetic order related to the Cr³⁺ spins around 125 K, leading to the presence of a type‐I multiferroic phase with huge electric polarization. On further cooling to 48 K, a type‐II multiferroic phase induced by the special spin structure composed of both Mn‐ and Cr‐sublattices emerges, accompanied by considerable magnetoelectric coupling. BiMn₃Cr₄O₁₂ thus provides a rare example of joint multiferroicity, where two different types of multiferroic phases develop subsequently so that both large polarization and significant magnetoelectric effect are achieved in a single‐phase multiferroic material.     

PbTiO_3-CoFe_2O_4磁电复合材料的结构和电性能

采用传统固相烧结法制备不同组分的PbTiO3-CoFe2O4磁电复合材料,采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等手段进行分析表征。结果表明:PbTiO3-CoFe2O4复合材料的复合形式为0-3型。1 100℃烧结的PbTiO3-CoFe2O4复合材料具有良好的相结构,同时具有明显的铁电性和铁磁性。PbTiO3-CoFe2O4复合材料的磁性能呈现规律的变化,介电常数却由于元素扩散和铁磁相的约束及稀释作用等原因产生了异常的变化。     

多铁性材料Bi0.95R0.05(Fe0.95Mn0.05)O3(R=La,Pb)的磁性及局域结构研究

利用溶胶-凝胶法成功制备了共掺杂Bi0.95R0.05(Fe0.95 Mn0.05)O3(R=La,Pb)样品,并对样品的磁性进行了测量和研究.研究发现La掺杂的Bi(Fe0.95 Mn0.05)O3材料磁性有较大的提高,而Pb掺杂Bi(Fe0.95Mn0.05)O3样品的磁性减弱.同时,利用同步辐射实验技术对样品的局域结构进行了研究,进而分析样品磁性变化的原因.