稀土掺杂BiFeO3陶瓷的制备和电学性能表征

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BiFeO3基陶瓷的晶体结构，获得了更优秀的性能。本文通过快速液相烧结法成功制备了一系列掺杂配比的 Bi1-xSmxFeO3（x=0-0.25）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钐（Sm）掺杂x ≤0.12时具有单一的具有铁电性的三斜相，在x=0.25时完全转变为正交相，在 x=0.125-0.12 时两相共存。电滞回线和介电参数的测量表明适量掺入 Sm 能够得到饱和的电滞回线且最大极化强度在 Sm掺杂x=0.125 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Sm掺杂量的增加现增加再减弱；最后，对电极化后的 Bi1-xSmxFeO3 陶瓷高温压电性能的研究表明，在 700°C及以下温度，陶瓷中都存在铁电相。 59647
毕业论文关键词铁电体 BiFeO3 基 A 位 Sm掺杂快速烧结介电性
Title The Preparation and Characterization Of Rare-earth-element doped BiFeO3 Ceramics
Abstract As an important kind of dielectric materials，ferroelectric materials are 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. In this paper, Bi1-xSmxFeO3 ceramic samples with a variety of components were prepared by the rapid liquid-phase sintering method. X-ray and Raman spectra were used in analyzing the crystal structure to confirm that Bi1-xSmxFeO3 ceramics have a rhombohedral-to-orthorhombic phase transition at the Sm component of ~0.125-0.2. Ferroelectric and dielectric properties of the samples were measured, which revealed that the introduction of certain Sm3+ enhanced the saturated polarization Ps and d33 values. At last, The pizeoelectric properties in poled Bi1-xSmxFeO3 at various temperatures show the existence of ferroelectric phase below 700℃.
Keywords Ferroelectric A-site doped BiFeO3 Rapid Sintering Dielectric Property

1引言1

1.1铁电材料概述..1

1.2BiFeO3概述4

1.3掺杂改性对BiFeO3陶瓷的性能影响.9

1.4本文研究的内容和意义..10

2Bi1-xSmxFeO3陶瓷的制备及测试..11

2.1制备系统与测试系统11

2.2快速液相烧结法简介12

2.3Bi1-xSmxFeO3陶瓷的制备工艺14

2.4性能测试..15

3Bi1-xSmxFeO3陶瓷的结果与分析..17

3.1X射线衍射分析..17

3.2拉曼光谱分析19

3.3Bi1-xSmxFeO3系列陶瓷的电学性能.21

结论25

致谢26

参考文献..27

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 铁电材料概述 1.1.1 铁电材料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——铁电材料是这样的一类晶体：在有限温度下具有自发极化，而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是可以改变的。极化交互作用会导致长程有序与热涨落(温度 T)竞争，一旦前者强度超过后者就会发生顺电-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]。稀土掺杂BiFeO3陶瓷的制备和电学性能表征:http://www.lwfree.com/cailiao/lunwen_64928.html