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多铁性磁.铁电材料是指在一定温度范围内具有磁有序和电偶极矩有序的材料,因其拥有潜在的诱人应用前景和丰富的物理内涵使其成为当前材料和物理研究工作者关注的焦点。
ABO3钙钛矿结构的BiFeO3是目前已知的在室温同时具有铁电性和弱铁磁性的多铁性材料,因而受到广泛和特别的关注。BiFeO3中Bi3+离子外层6s2孤对电子与氧p电子轨道共价杂化导致铁电畸变,利用稀土RE替代Bi可以弱化孤对电子的作用,降低铁电转变温度,同时调节磁结构。本文围绕BiFeO3开展了多铁性研究探索性实验工作。
经过具体的工艺摸索,利用固相反应烧结技术制备La0.1Bi0.9-XEuXFeO3系列化合物,(X=0、0.05、0.08、0.09、0.10、0.12、0.15、0.18、0.20、0.30、0.40、0.60,共12个样品)。
利用X射线粉末衍射进行物相鉴定和结构分析,确定了材料的相关系:X≤0.05,为R3c结构相;0.08≤X≤0.12的区域为赝R3c相,畸变量随X增加而增大;X≥0.15是Pbnm相,其中0.15≤x≤0.20的区域Pbnm存在不同于x>0.20的Pbnm相的畸变,畸变量随X增加而减小。
磁测量结果表明,材料具有弱铁磁性,弱铁磁性随组成相结构的畸变量增大而增强,反映出弱铁磁性具有强烈的结构依赖性。室温介电常数表现出相似的结构相关性,介电常数随R3c相畸变量增大而增大。
相图研究历来是探索新型化合物材料,获得原始创新性工作的有力手段。本文选择与Bi2O3相关的Bi2O3-Cr2O3赝二元过渡金属氧化物体系和Bi2O3-Cr2O3-Fe2O3三元系,利用X光衍射和热分析方法开展相图和相关系研究,希望获得新的过渡金属氧化物多铁性材料。主要结论如下:
在文献调研的基础上,通过实验重新构筑了Bi2O3-Cr2O3赝二元系相图。采用固相反应法制备了共93个不同成分配比和不同烧结温度的样品用于XRD物相鉴定,30个不同配比不同冷却方式的样品用于DTA测试。在该Bi2O3-Cr2O3赝二元体系相图中,共确定了2个Bi2O3变体相、4个中间化合物相、和端际化合物Cr2O3。它们分别为:Bi2O3的低温相α-Bi2O3、Bi2O3的高温相δ-Bi2O3、Bi14CrO24-基固溶体相(B1相)、Bi10Cr2O21-基高温固溶体相(β2相)、Bi6Cr2O15化合物(η相)、新化合物Bi2CrO6相(X相)、以及端际化合物Cr203。相互间形成共8个不变反应。
另外,在Bi203-Cr203赝二元系相图的基础上,初步测定了Bi2O3-Cr2O3-Fe2O3体系的690℃和860℃两个温度水淬冷却时的相关系。