0.15CoAl0.2Fe1.8O4-0.75BaTiO3纳米磁电复合材料的电场诱导介电特性研究

采用溶胶-凝胶法制备了0.15CoAl0.2Fe1.8O4-0.75BaTiO3纳米磁电复合材料。XRD分析表明,制备的样品中包含钙钛矿(BaTiO3相)和尖晶石结构(CoAl0.2Fe1.8O4相),没有其它明显杂相生成。扫描电镜表明,颗粒平均粒径约为45nm,且压磁相均匀分布于压电相中。研究了该纳米磁电复合材料在外加偏置静电场诱导下的介电常数随频率的变化,分析了直流偏置电场诱导下的相对介电常数变化值Δεr和调谐率K。随着偏置电场的增大,Δεr和K都变大;随着频率的增加,Δεr和K都减小。并且,在外加偏置电压为3kV/cm时可以获得相对较大的调谐率(4.05%)。     

In2O3纳米棒的制备与表征

以非离子表面活性剂作为形貌控制剂，采用溶胶-凝胶法制备In2O3纳米棒前驱物，经500℃煅烧1h，成功制备了长约120nm，直径20nm的In2O3纳米棒。根据综合热分析（TG—DSC）结果，前驱体是In（OH）3部分脱水的In2O（OH）4干凝胶；计算表面活性剂分子的几何排列参数P在1／3～1／2之间，确定体系形成的是棒状胶团，并对其影响因素和机理进行了讨论。     

纳米晶KTiOPO4的制备与表征

以醋酸钾，钛酸四丁酯和磷酸三丁酯为原料，用溶胶凝胶法合成了ＫＴｉＯＰＯ４（ＫＴＰ）纳米晶粉末，非晶态凝胶在６００℃以上于空气中直接晶化成ＫＴＰ纳米晶，用ＴＥＭ，ＸＲＤ观察和研究纳米晶的形貌及微结构，ＫＴＰ晶粒平均尺寸分布为２５～７０ｎｍ。     

合成和表征NiFe2O4纳米线阵列

采用真空灌注结合溶胶-凝胶和氧化铝模板法,在多孔氧化铝模板中制备了平均直径为50 nm的NiFe2O4纳米线阵列.X射线衍射结果显示所制备的纳米线是纯相的NiFe2O4纳米线,透射电镜和电子衍射的结果显示已制备的纳米线是多晶的且表面光滑,场发射扫描电镜图片显示纳米线是大面积且平行有序的、纳米线的长度和所用的氧化铝模板的厚度相当.磁测量的结果显示此纳米线阵列有形状各向异性,同块状材料相比矫顽力有所增强.对纳米线的生长机理做了简单的讨论.     

2-2型无铅磁电复合薄膜材料的研究现状及展望

磁电复合薄膜材料具有较强的磁电转换效应,可以实现磁、电信号的直接转换,其中无铅磁电复合薄膜材料因具有环境友好、性能优越等特点,在电子器件中有着广阔的应用前景。首先介绍了磁电复合薄膜材料的种类和主要特点,论述了磁电复合薄膜磁电耦合的机理以及获得高磁电性能的方法;然后阐述了研发无铅磁电复合材料的原因和目前几种典型的无铅磁电复合材料的主要特点,以及2-2型无铅磁电复合材料制备方法的最新进展;最后提出了目前该材料研究中存在的问题和进一步的研究方向。     

溶胶-凝胶法制备纳米级CoFe2O4尖晶石

采用溶胶-凝胶法,制备出具有尖晶石结构的钴铁氧体.经激光粒度仪、XRD、TEM、VSM等方法测定,结果表明产品为平均粒径50～60nm的CoFe2O4尖晶石相,外观近似球形,分散性较好,组成均匀,矫顽力及比饱和磁化强度分别为78kA/m和72Am2/kg,该法制备的纳米粉体工艺简单.     

TiO2 /BiFeO3薄膜中增强的磁性和铁电性能

为改善铁酸铋(Bi Fe O3)薄膜的铁电性能,通过溶胶-凝胶和磁控溅射的方法在Au/Pt/Cr/Si基底上制备了Ti O2/Bi Fe O3(Ti O2/BFO)和Bi Fe O3薄膜.采用扫描探针显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、铁电测试仪和物理性能测量仪对薄膜进行了物性表征.实验结果表明:Ti O2阻挡层抑制了BFO薄膜表面缺陷的形成,提高了复合薄膜的绝缘性能,使Ti O2/BFO薄膜中泄漏电流明显降低,且导电机制由欧姆型向空间电荷限制传导型转变.此外,溅射Ti O2阻挡层破坏了BFO表面的螺旋结构,使Ti O2和BFO之间晶格失配而产生界面应力,提高了薄膜的磁电性能.在顶电极和铁电层之间引入阻挡层是提高BFO薄膜磁电性能的一种有效方法.     

La0.67Sr0.33-xCuxMnO3的室温磁电阻效应

采用溶胶一凝胶(sol-gel)法制备了名义组分为La0.67Sr0.33-XCuXMnO3(x=0～0.33)的多晶样品,发现用Cu替代少部分Sr后样品的室温磁电阻比替代前的明显增大.在1.8T磁场作用下,当x＝0.15时,磁电阻峰值为27.7%,峰值温度为306K,当温度低于306K时磁电阻值随温度的升高而增大,当温度高于306K时磁电阻值随温度的升高而减小;当x＝0.1时,在295K-310K温度之间磁电阻值达19%左右,受温度影响很小;因此在提高了室温磁电阻值的同时,又提高了磁电阻的温度稳定性.这对于该类磁电阻材料的应用具有很大意义.     

NiFe2O4纳米晶的制备和磁性

以FeSO4·7H2O和NiSO4·7H2O为原料,先制备颗粒细小的碱式碳酸盐前驱体,在300～700℃焙烧1h后,制备出铁酸镍纳米晶,粒度均匀,粒径为8～54nm.用非共线磁结构理论解释了铁酸镍纳米晶的比饱和磁化强度σs与比表面积Sa之间的经验关系式σs(Sa)=σs(∞)(1-aSa),得到纳米晶的非共线表面层的厚度.     

SiO2-Al2O3干凝胶的制备与性能研究

采用二步酸碱催化溶胶-凝胶和常压干燥法,制备了低密度多孔xSiO2-(1-x)Al2O3干凝胶,其中摩尔比x分别取0.9、0.8、0.7和0.6.SiO2凝胶按照n(正硅酸乙酯(TEOS)):n(H2O):n(无水乙醇):n(HCl):n(氨水)=1: 4:7:7.5×10-4:0.0375制备,主要作为二元复合氧化物的网络骨架.Al2O3由廉价的Al(NO3)3·9H2O与NH4OH反应制得.采用BET、XRD、IR、SEM和TEM等实验手段,对xSiO2-(1-x)Al2O3干凝胶在300、600、900、1200℃4个热处理温度下的组织结构进行了对比和分析.结果表明,最终的二元干凝胶是由纳米颗粒组成的非晶网络与Al2O3晶体共同构成的纳米多孔结构,具有高的比表面积和窄的孔径分布.该复合干凝胶中,Al2O3进入SiO2骨架中,形成一定数量的Si-O-Al键,并随着Al含量的增加而增多.其中的Al2O3随着温度的升高,经历γ-AlOOH、γ-Al2O3,最终完全转化成α-Al2O3,SiO2则始终以非晶态形式存在.由于干凝胶中Al2O3的存在,大大提高了材料的热稳定性.     

低温烧结CoFe2O4-(PZN-PZT)多铁复合材料磁电性能研究

采用传统陶瓷工艺和低温烧结制备了CoFe₂O₄-(PZN-PZT)多铁复合陶瓷, 研究了混合方式、PZT包覆和成分变化对其结构、磁性能、磁电耦合性能的影响。XRD图谱和TEM照片显示, 采用溶胶-凝胶和包覆搅拌混合的方法获得了CoFe₂O₄/PZT核壳结构粉末, 在CoFe₂O₄表面形成了10~20 nm的钙钛矿PZT壳层。EDS结果显示, 低温烧结和阻挡层可以有效抑制两相间的元素扩散。SEM照片和磁电性能结果显示, 相对未包覆研磨混合工艺, 包覆搅拌混合可以提高磁性颗粒复合含量, 获得较好烧结匹配性, 有效提高材料的磁电耦合性能。研究结果表明, 包覆搅拌混合制备体积比为4:6的CoFe₂O₄-(PZN-PZT)样品, 经1000℃烧结, 在10 kHz下获得最大磁电耦合系数(18.3 mV/(cm·Oe))。     

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。     

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.     

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.     

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.     

NiFe2O4/TiO2纳米棒阵列薄膜光电化学性能和光催化性能研究

用水热法制备一维有序纳米棒状TiO₂薄膜(TiO₂ NRAs), 并采用浸渍沉积煅烧得到NiFe₂O₄/TiO₂ NRAs。借助SEM、TEM、XRD、Raman、XPS、UV-Vis等对样品的物相和形貌结构进行了表征, 结果表明: NiFe₂O₄纳米颗粒均匀沉积在金红石相TiO₂ NRAs表面, 使TiO₂光谱吸收范围拓展至可见光区。利用电化学工作站对其光电转换性能进行研究, 发现NiFe₂O₄改性后的TiO₂在可见光下光电流响应显著增大, 在电压-电流曲线和电流随时间开关灯变化中, NiFe₂O₄/TiO₂ NRAs的光电流密度分别是纯TiO₂ NRAs的12倍和8倍。NiFe₂O₄/TiO₂ NRAs可见光下降解偏二甲肼(UDMH)的效率是单纯TiO₂ NRAs降解率的3倍, 并对光催化降解机理进行了探讨。     

纳米增韧NiFe2O4陶瓷惰性阳极烧结行为与性能的研究

采用粉末冶金法制备NiFe₂O₄纳米粉增韧NiFe₂O₄陶瓷铝电解惰性阳极, 研究了NiFe₂O₄纳米粉添加量对NiFe₂O₄陶瓷惰性阳极烧结行为和材料性能的影响。通过线收缩和SEM对NiFe₂O₄陶瓷的烧结性能和显微结果进行分析。研究结果表明: 随着NiFe₂O₄纳米粉添加量的增加, 烧结收缩程度逐渐增大, 烧结致密化开始温度和烧结初期活化能逐渐降低, 添加量为40%时试样从900℃开始大幅度收缩, 烧结初期表观活化能下降到291.43 kJ/mol。NiFe₂O₄陶瓷惰性阳极的体积密度、抗弯强度和断裂韧性随NiFe₂O₄纳米粉添加量的增加均呈现先上升后下降的变化趋势, 气孔率和静态腐蚀率呈先下降后上升的趋势, 均在30%达到极值, 断裂韧性达到最大值3.12 MPa•m^1/2, 是未添加纳米粉试样的2.14倍。NiFe₂O₄纳米粉的添加能够明显增强晶界结合强度, 降低陶瓷材料气孔率, 从而提高断裂表面能实现增韧作用。     

Properties of aurivillius phases in the Bi4Ti3O12-BiFeO3 system

A number of new Bi _m+1Fe _m?3TiO_3m+3 compounds with integer and fractional m values are identified in the Bi₄Ti₃O₁₂-BiFeO₃ system. All of the compounds are shown to have Aurivillius-type structures. The phase-transition and decomposition temperatures of the new and earlier known compounds of the Bi₄Ti₃O₁₂-BiFeO₃ system are determined. The linear thermal expansion coefficients of the synthesized compounds are evaluated using dilatometry, and their sintering onset temperatures are determined.