替位掺杂铁酸铋纳米材料的磁性与介电性能的研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:lianxingjiehaha
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铁酸铋(BFO)是一种在室温下同时具有反铁磁性与铁电性的多铁材料,在传感器、存储器以及微波吸波等方面具有巨大的应用潜力。然而,由于其G型反铁磁结构导致了宏观上极其微弱的磁性,极大地限制了实际应用。本论文系统研究了单元素掺杂(Mg、Ca元素)和双元素共掺杂(Pr与Mg元素、Mg与Ca元素、La与Ni元素)BFO的结构、磁性、铁电性和介电性能。其中Mg掺杂BFO磁性显著提高,在已报道A位掺杂BFO材料中磁性最强,原因在于Mg2+与Bi3+离子的半径相差很大,Mg掺杂BFO的容忍因子接近钙钛矿稳定结构的极限值,使反铁磁结构产生巨大畸变,很大程度上释放了隐藏的磁矩。而且由于Mg2+离子与氧空位构成的偶极子对氧空位产生钉扎作用,降低了材料漏电流,使得2mo1%掺杂BFO的铁电性也有所增强。鉴于Pr具有6s2孤对电子,我们采用Pr和Mg进行共掺杂来进一步提升铁电性。与预期一致,相比2mo1%的Mg单掺杂,Pr3mol%和Mg 2mol%共掺杂进一步提升了的铁磁性和铁电性,因此在传感器与存储器上具有应用潜力。对于La和Ni共掺杂BFO,磁性强于同浓度下的Pr和Mg共掺杂,这是由于Ni2+与Fe3+离子之间存在超交换作用。Ca掺杂BFO和Mg、Ca共掺杂BFO具有较高的电导率、介电常数和介电损耗,并且在X波段存在双吸收峰。其中,5mo1%的Ca掺杂BFO,当厚度为1.56mm时,X波段的吸波带宽达到3.4GHz,在超薄宽带微波吸收应用方面具有显著优势。
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