Bi位掺杂BiFeO3陶瓷的制备与表征.docVIP

Bi位掺杂BiFeO3陶瓷的制备与表征 摘要铁电材料作为一类重要的电介质材料，具有较高的介电常数，显著的热释电和压电效应，广泛应用于从日常生活到尖端技术的多个领域。以铁酸铋BiFeO3为基的陶瓷材料作为一类性能优越的铁电材料，具有长程磁有序和长程电极化有序，是少数室温下同时具有铁电性和磁性的铁电材料之一。合适的A、B位掺杂可以调整铁酸铋基陶瓷的晶体结构，以获得更优秀的性能。 本文采用快速液相烧结法成功制备了一系列掺杂配比的Bi1-xDyxFeO3（x=0-0.2）陶瓷样品。X射线衍射和拉曼光谱分析证实室温下陶瓷样品在镝（Dy）掺杂x=0-0.08时具有铁电性的三斜相，在x=0.2时完全转变为正交相，在x=0.01-0.17时两相共存。电滞回线和介电参数的测量表明适量掺入Dy能够得到饱和的电滞回线且最大极化强度在Dy掺杂x=0.1时略有提高；不同退火温度下的室温压电系数d33值表明陶瓷样品的压电性随Dy掺杂量的增加而减弱；最后，本论文通过对比实验建立陶瓷内部空位及电荷的迁徙模型，解释了快速烧结铁酸铋陶瓷的自极化现象。 关键词铁电体BiFeO3基A位Dy掺杂快速烧结介电性自发极化7772 毕业设计说明书（论文）外文摘要 TitleThe Preparation and Characterization Of Bi-site doped BiFeO3 Ceramics Abstract As an important kind of dielectric materials，ferroelectric materialsare characterized by high dielectric constant, remarkable pyroelectric and piezoelectric effects. This paper mainly describes the BiFeO3-based ceramic materials as ferroelectric. BiFeO3 is a very special ferroelectric material which has both long-range magnetic ordering and ordered long-range polarization. Its main advantage lies in its high ferroelectric Curie temperature and high magnetic transition temperature. A-site and B-site doped ceramics possess better properties via modulation of the crystal structure. 1引言 铁电材料作为一类重要的电介质材料，具有较高的介电常数，显著的热释电和压电效应，广泛应用于从日常生活到尖端技术的多个领域。以铁酸铋（BiFeO3）为基的陶瓷材料作为一种性能优秀的无铅铁电材料，是当前国际上铁电研究领域中的热点之一。铁酸铋在室温下同时具有铁电有序 ( TC = 1103K)和G型反铁磁有序 ( TN = 643 K) ,是少数室温下同时具有铁电性和磁性的铁磁电材料之一[1]。然而纯铁酸铋陶瓷存在电极化不大、二级磁电耦合效应微弱等不足，通过A位、B位离子掺杂来调整铁酸铋基陶瓷晶体结构，针对铁电性、反铁磁性等特征进行掺杂改性，以获得更优秀的性能。 1.1铁电体概述 1.1.1铁电体的定义 铁电物理的研究一直是一个十分活跃的领域，它所研究的对象mdash;mdash;铁电体是这样的一类晶体：在有限温度下具有自发极化，且自发极化有两个或多个可能的取向，在电场作用下其取向可以改变。极化交互作用导致长程序与热涨落（温度 T）竞争，一旦前者强度超越后者就会发生顺电-铁电相变，反之亦然[2-6]。由于极化是一种极性矢量，自发极化的出现在晶体中造成一个特殊的方向，每个晶胞中的原子会沿着该方向产生相对位移，使得正负电荷的中心不重合，形成电偶极矩。根据对晶体对称性的分析，很容易知道铁电材料具有铁电性(ferroelectricity)的同时，也具有热电性 (pyroelectricity)和压电性 (piezoelectricity) [5-7]。 1.1.2铁电体的特征性质 当一块铁电晶体整体上呈现自发极化时，其正负两端的束缚电荷产生的退极化场与极化方向相反，将使晶体内部的静电能升高。当晶体受到机械约束时，伴随自发极化的自发应变还将使应变能增加。因此，均匀的极化状态是不稳定的，晶体将自发分成被称为ldquo;畴rdquo;的小区域。畴内部的电偶极子取向一致，但各个畴的极化方向不同。对