Ca掺杂对YBa-X射线衍射.docx

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Ca掺杂对YBa

X射线衍射

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论文导读:：本文对YBFO体系掺杂Ca，获得(Y1-xCax)Ba2Fe3O8+w(YCBFO，x=0,0.05,0.10,0.20)相，通过X射线粉末衍射、扫描电子显微镜等方法，研究YBFO体系内掺入Ca之后，对YBFO的晶体结构、晶胞参数等方面的影响。研究结果表明：对YBFO体系内掺Ca，Ca进入Y位，是空穴型掺杂，这种掺杂并不改变YBFO的P4/mmm空间群的四方晶系结构，仅使其晶胞参数a、c减小。其中，a减少的原因是Fe(2)-O2及Fe(1)-O3键矩的缩短，而c减少的原因是系统内氧的减少。

论文关键词：YBa2Fe3O8+w，X射线衍射，晶体结构

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目前，有关于YBa2Fe3O8+w(YBFO)体系的研究已经成为近期的研究热点问题。YBFO具有反铁磁性(AFM)，其尼尔温度TN约为660K[1,2]。YBFO的三层钙钛矿结构中金属Y和Ba与氧原子和氧空位无序结合。同质YBFO体系中的氧的化学配比8+w的变化范围非常狭窄(-0.2w+0.1)[3]，结构上YBFO体系与YBa2Cu3O7(YBCO)非常类似，可以用Fe完全取代YBCO中的Cu而得到YBFO。尽管如此，YBFO却不具有超导性。现在很多文献集中于探讨在YBCO体系中引入Fe导致的结构变化，进而研究YBCO转化为YBFO导致超导性消失的原因。这对于理解铜在该高温超导体中所起到的特殊作用十分重要。此外，Fe取代Cu导致的晶体结构变化、电子结构变化、以及宏观电磁学性质的变化也对阐明超导性与磁性质的关系有重要意义。

YBFO和YBCO体系中原子结构的主要不同点是单胞基本平面上的氧原子的排列和数量不同。当w0时，可以通过晶体化学滴定法来确定每个分子式中超额的氧原子位置，由实验结果可知，这些额外的氧原子唯一可能的位置是在Y结构层的O4位置。

文献[4]通过加热柠檬酸盐混合液和脱水成相的方法制备YBFO，并就其核磁结构展开了讨论。他们认为，磁单胞可以通过对一个晶胞进行矩阵变换而得到，当核胞是四方结构时，磁胞是正交对称结构；当核胞是正交结构时，磁胞是单斜对称结构。铁磁矩在三个晶轴方向上是反铁磁耦合的。其尼尔温度随着w变化的幅度很小（TN660K）。随着铁八面体配位中氧空位的增多X射线衍射，YBa2Fe3O8将会由四方结构转变为正交结构。TN在范围630-670K以下为反铁磁有序，此时由于氧含量变化太小，不会对磁交互作用产生较大影响。

文献[5]通过X射线粉末衍射和中子粉末衍射来研究YSr2Fe3O8(YSFO)的核磁结构论文参考文献格式。其中子衍射数据是在室温300K和低温12K条件下获得的。该文指出YSFO核结构是P4/mmm空间群的四方结构，而它的磁结构是Icmm’m空间群的正交结构。他们发现当氧充分进入单胞时，YSFO的分子式中约含8.00个氧原子。每个FeO2层内和沿着c轴方向的铁磁矩都是反铁磁耦合的。

然而有关YBFO进行Ca掺杂方面的研究相对较少，本文主要讨论掺杂碱土金属Ca对YBFO体系的晶体结构和晶胞参数的影响，并探讨其晶胞参数减小的可能原因，以便深入揭示YBFO体系的碱土金属掺杂性质。

1实验

将Y2O3(纯度99.999%)，Ba(CH3COO)2(纯度99.0%)，Fe粉(纯度99.99%)，Ca(CH3COO)2(纯度98.0%)几种原料，采用湿化学法按(Y1-xCax)Ba2Fe3O8+w(x=0,0.05,0.10,0.20)的名义配比精确称量，按照掺Ca量递增的顺序依次命名为1-4号样品。将原料放入乙酸水溶液中，然后在控温干燥箱中适当加热，使各种原料充分溶解，获得清澈透明的溶液。继续加热，把溶液蒸干，将蒸干物充分研磨得到均匀分布的粉末，并压片，获得完全紧实的圆片状样品。

对样品进行三轮烧结，热处理过程按图1的(a)和(b)在空气中进行：首先对样品进行第一轮烧结，先以100℃/h的速率加热样品至500℃，在500℃恒温下保持50h，其目的是使乙酸盐充分分解，生成氧化物；然后再以相同速率升温至1100℃，并保持恒温100h，使各金属氧化物充分生成目标产物；最后随炉冷却至室温。为了增加结晶度和提高目标产物的百分含量；将第一轮烧结后得到的样品研磨、压片后，进行如图1(b)的第二、第三轮烧结。

对实验所得到的样品进行X射线衍射(Cu-Ka辐射)，结果表明：所有样品都具有四方晶系的P4/mmm空间群的三层钙钛矿结构。这说明掺杂少量的Ca并不改变YBFO的晶胞结构。根据最小二乘法计算样品的晶胞参数。利用扫描电子显微镜(SEM)观察晶体微观的表面形貌，晶粒形状等。

2结果与讨论

2.1XRD测试与分析

图2是(Y1-xCax)Ba2Fe3O8+w(YCBFO)样品的XRD测试结果，