Ba基充满型钨青铜结构铌酸盐多铁性陶瓷

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多铁性材料蕴含着丰富的物理研究课题以及广阔应用前景,近年来得到了广泛关注和蓬勃发展。本论文制备了Ba基含Fe充满型钨青铜铌酸盐陶瓷,系统地研究了其结构、介电、铁电和磁学性能。讨论了磁性离子Fe3+的引入所带来的新现象和新性能,分析了A,位和B位离子对该Ba基含Fe充满型钨青铜铌酸盐陶瓷结构与性能的影响,揭示了其介电性能、铁电相变和磁学性能的变化规律及结构根源。在Ba4R2Fe2Nb8O30(R=La,Nd,Sm,Eu,Y)体系中,随R离子半径减小,晶体结构稳定性逐渐降低。Ba4La2Fe2Nb8030陶瓷在所测温度范围内为顺电体,呈现室温反铁磁性。R为Nd3+、Sm3+和Eu3+离子时,陶瓷具有室温铁电性,且依次增强,其铁电居里温度Tc依次为337 K、418 K和428 K,结构分析提示其铁电性起源于Fe3+/Nb5+离子相对氧八面体中心的偏离;在室温下三种陶瓷均测得了磁滞回线。在Ba4(Y1-xLax)2Fe2Nb8O30(x=0,0.3,0.579,0.684,1)体系中,当AI位完全为y3+离子时,杂相较多,La3+离子的引入使杂相大幅度减少。x为0和0.3时,陶瓷为弛豫铁电体。x为0.579和0.684时,陶瓷晶体A,位离子平均半径分别和Sm3+、Nd3+的离子半径相同,但其性能与Ba4R2Fe2Nb8O30(R=Sm,Nd)陶瓷完全不同,而是与x为0和0.3的成分相似,故Ba基含Fe钨青铜铌酸盐陶瓷体系性能和A,、A2位离子半径差关系不大,特征离子和其他因素对其介电性能的影响更为明显。磁性测试表明,x从0变化到1,磁性依次变弱。在Ba4Nd2Fe2(Nb1-xTax)8O3。(x=0,0.05,0.1,0.3,0.5,1)体系中,Ba4Nd2Fe2Ta8O30陶瓷在所测温区范围内为顺电体。x为0和0.05成分的陶瓷均具有室温铁电性,相变温度分别为337 K和327 K。x为0.1、0.3和0.5时,陶瓷介电性能和热分析均未出现预示铁电相变的征兆。磁性测试表明,x从0变化到0.5,磁性依次变弱,直至x≥0.5时,陶瓷变为顺磁性。分析三个体系磁学性能及变化规律可以得到,Ba基含Fe充满型钨青铜铌酸盐陶瓷磁性起源于钨青铜结构中Fe3+-O-Fe3+超交换作用所导致的反铁磁性,晶体结构的畸变导致Fe3+-O-Fe3+角度和键长改变,产生净磁化,使化合物表现出磁性。
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