【摘 要】
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BaTiO3基的钙钛矿铁电材料由于无毒、介电常数大以及介电损耗低的优点,在能量存储、微波设备以及其他器件中有很多的用途。Sr掺杂形成的Bax Sr1-x TiO3其相变温度可以随Ba/Sr的比例而变化,即随着Ba含量的增加,相变温度逐渐向高温方向移动,从而可以达成对材料性能的控制。此外还可以在Bax Sr1-x TiO3母体中掺杂磁性离子来诱导多铁性,进一步拓宽它的应用价值。但目前的研究结果显示,
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BaTiO3基的钙钛矿铁电材料由于无毒、介电常数大以及介电损耗低的优点,在能量存储、微波设备以及其他器件中有很多的用途。Sr掺杂形成的Bax Sr1-x TiO3其相变温度可以随Ba/Sr的比例而变化,即随着Ba含量的增加,相变温度逐渐向高温方向移动,从而可以达成对材料性能的控制。此外还可以在Bax Sr1-x TiO3母体中掺杂磁性离子来诱导多铁性,进一步拓宽它的应用价值。但目前的研究结果显示,当在Bax Sr1-xTiO3材料中磁性离子掺杂量较低时其铁磁性较弱,且缺乏磁电耦合效应方面的报道。因此我们选取具备室温铁电性的Ba0.8Sr0.2TiO3（BST）陶瓷为母体材料,通过不同的磁性离子以及不同的掺杂方式来诱导铁磁性和磁电耦合效应。本文研究了传统固相法制备的不饱和Fe离子A/B位掺杂和稀土元素A位掺杂Ba0.8Sr0.2TiO3铁电陶瓷的微观结构、铁电性、介电、磁性以及磁介电效应,并讨论了其中的内在机制。主要内容如下:1、研究了特殊的不饱和Fe离子掺杂(Ba0.8Sr0.2)TiO3基陶瓷的结构和性能。制备了几种A/B位组分比有轻微调整的掺杂陶瓷样品Ba0.8Sr0.2Ti0.9Fe0.1O3（BSTF）、Ba0.8Sr0.18Ti0.9Fe0.1O3-δ（BSVTF）和Ba0.8Sr0.18Ti0.92Fe0.1O3-δ（BSFTF）。结构表征显示其中铁电四方相和顺电立方相共存,而立方相占据主导地位。陶瓷样品室温铁电性减弱,同时表现出明显的室温铁磁性和磁介电效应,低温下还出现偶极玻璃和自旋玻璃冻结现象。分析认为,Fe除了主要占据Ti位之外,还部分进入Sr位,并产生价态变化。随着更多的Fe离子进入Sr位,铁电性、磁性以及磁介电效应略有增强,可能主要与偏心占据的低价Fe离子与氧空位形成的局域电偶极子增多以及不等价（包括不同价态和位置）Fe离子之间铁磁相互作用增强有关。本工作表明不饱和Fe离子掺杂对于调节传统铁电材料的电、磁以及磁电耦合效应是一种非常有效的方式。2、研究了稀土Dy元素掺杂Ba0.8Sr0.2TiO3基陶瓷的性能。XRD和Raman光谱分析显示A位掺杂样品Ba0.79Dy0.01Sr0.2TiO3（BDST1）和Ba0.78Dy0.02Sr0.2TiO3（BDST2）中铁电四方相和顺电立方相共存,且四方相占据主导地位。BDST1和BDST2都表现出良好的室温铁电性,相变温度分别为332 K和338 K;高温区出现了由偶极子相互作用和二价氧空位形成的介电弛豫行为。掺杂样品还具有室温磁性以及较强的磁介电效应,可能来源于Dy 4f-O 2p轨道杂化态以及Dy 4f-Ti 3d相关的RKKY交换作用。相比于纯BST陶瓷（具有来源于低价Ti离子的弱磁性）,掺杂样品的铁电性略弱,而磁性增强,并且表现出截然不同的变温磁性和磁介电行为。本工作表明稀土元素掺杂也是一种诱导铁电材料的多铁性以及磁电耦合效应的可行的方式。
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