BiFeO3基多铁材料的磁电特性

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BiFeO3作为室温多铁材料已经成为多铁材料的研究热点。室温下BiFeO3材料存在铁电有序和G型反铁磁有序特性,这种序结构使得电场能够调控磁性,磁场能够调控电性,使得BiFeO3材料具有磁电耦合效应,从而在光电器件方面具有潜在的应用。本论文就从A、B位掺杂改性出发,探究了其高频磁电特性。具体工作如下:·通过溶胶-凝胶法制备了BFO纳米材料,通过XRD表征了其物相结构,样品在550℃下退火1.5h能够制备出单相。室温下,BFO样品表现出铁磁性,矫顽场为175Oe,剩余磁化强度为0.25emu/g,饱和磁化强度为1.17emu/g;室温下测量了样品的铁电性,外加电场为65kv/cm时,剩余极化强度达到0.17μC/cm2,矫顽场为34kv/cm;微波频段下,样品电磁参数随频率的变化呈现共振型频谱;厚度为3mm的BFO样品吸波性能最好,在频率13GHz处吸收峰值为-11dB;频率为13.52GHz下,外加磁场使介电常数实部从3.6增大到4.1,增加了13.8%,而磁导率实部则从1.375下降到1.175左右,外加磁场对BFO样品的电性能影响非常明显,揭示了高频下BFO样品存在磁电耦合效应。·通过溶胶-凝胶法制备了Bi1-xNdxFeO3(x=0.05,0.1,0.15)纳米材料,XRD图谱表明,随着掺杂量的增加,样品结构由菱形钙钛矿转变为正交钙钛矿;Nd掺杂后BFO样品的铁电性、铁磁性均得到改善;高频下,电磁参数随频率的变化关系呈现共振型;掺杂后的三个样品中,BNFO-2样品表现出最好的吸波性能,在11.7GHz下吸收峰值达到-16dB;外加磁场下,在频率11.52GHz时观察到样品BNFO-2磁导率实部随着外加磁场的增大而降低,由1.56下降到1.48,此时样品的介电常数实部则随着磁场的增大而增大,从3.1增加到3.6,外加磁场对样品的电性能产生了影响,从而说明高频下BNFO-2样品具有磁电耦合现象。·通过溶胶-凝胶法制备了Bi1-xSmxFeO3(x=0.04,0.08,0.12)纳米材料,XRD图谱表明,随着掺杂量的增加,样品结构由菱形钙钛矿转变为正交钙钛矿;室温下磁滞回线表明,与BFO样品相比BSFO-2样品的饱和磁化强度增大,矫顽场变小;微波频段下,BSFO-3样品表现出最好的吸波性能,在11.22GHz处吸收峰值达到-14dB;频率为9.44GHz时,在外加磁场下观察到样品BSFO-3的介电常数随着外加磁场的增大而增大,由4.32增大到4.6,磁导率则由1.595减小到1.55,外加磁场对样品的电性能产生了影响,高频下样品BSFO-3具有磁电耦合性质。·通过溶胶-凝胶法制备了Bi0.96Sm0.04Fe1-xMnxO3(x=0.05,0.1,0.15)纳米材料。室温下,BSFMO样品表现出铁磁性,样品BSFMO-2的饱和磁化强度大约是样品BFO的3.6倍,剩余磁化强度是样品BFO的2.7倍,室温下样品表现出铁电性,样品BSFMO-2的剩余极化强度是0.23μC/cm2,矫顽场为18kv/cm;微波频段下,样品BSFMO-2表现出最好的吸收特性,在频率12.8GHz处吸收峰值达到-20.25dB;频率11.29GHz下,样品BSFMO-3在外加磁场作用下表现出一定耦合特性,介电常数随着磁场的增大而增大,磁导率则随着外加磁场的增大而减小。
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