铁铌酸钡/铁氧体层状磁电复合材料的制备及其性能研究

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近年来,电子信息产业发生日新月异的变化,电子元器件的小型化与轻型化、环保化已经成为必然趋势,也因此小体积多功能化的电子材料引起人们持续的广泛的关注。越来越多的学者将目光投向多功能性的电子集成材料,铁电和铁磁材料被广泛地应用于电子信息产业,如何在电子的产业中利用铁电相、铁磁相的性能,制造出体积小、但是功能很全面的材料已经是现在科研人员的研究侧重点。单纯的铁电材料、铁磁材料,它们的性能比较单一,具有多重性能的功能材料是无法通过单一的单相材料获得多种性能的。在这之后的科学研究中,学者们又陆陆续续的发现了许多的单相的磁电材料。单相的磁电材料是即拥有磁性能又拥有电性能的单相材料,但是大部分的单相的磁电材料是不能应用于我们的实际生产中的,这是由于单相的磁电材料具有低居里温度,而且其要远远的低于室温。在室温下,单相的磁电材料是没有磁电效应的,这也就表明了它的应用价值。在生产制备中,制备单相的磁电材料的工艺比较繁琐,成本高,不适用于投入产业化的生产。由于单相的磁电复合材料的性能、制备条件、成本等各个方面,都逊色于磁电复合材料,所以说,磁电复合材料也就越来越受到人们的重视。磁电复合材料是由铁电材料和铁磁材料通过一定的工艺方法和手段复合到一起,并得到集电学性能和磁性能于一身的材料,磁电复合材料相对于单相的磁电材料来说,其在性能上拥有更高的居里温度。在复合的结构上进行划分,磁电复合材料可以划分为0-3型、2-2型、1-3型的磁电复合材料。其中2-2型的磁电复合材料指的是具有层状结构的,利用铁电相、铁磁相进行相互交替的叠层,进而形成层状的结构,层状结构的磁电复合材料利用其在结构和性能上的优势,在现有的研究领域得到广泛的热议。在本论文中,采用了2-2型的层状结构制备方法,经过高温进行烧制,制得了2-2型的层状的无铅磁电复合材料。本文采用了两种不同的方法固相法和流延法,分别制备了铁铌酸钡与掺杂(Bi)铁酸钇、铁铌酸钡与镍锌铁氧体复合材料,并将制备的这两种2-2型的层状结构的磁电复合材料进行性能上的测试和结果上的分析。与此同时,本实验中也通过固相法和流延法,制备了0-3型的铁铌酸钡与掺杂(Bi)铁酸钇、铁铌酸钡与镍锌铁氧体复合材料,将0-3型与2-2型的复合材料进行性能上的对比。在制备上,将固相法与流延法的机理与过程进行了详细的介绍。在结果讨论分析上,将采用各种测试方法对2-2型与0-3型的磁电复合材料分析。XRD和SEM对原料的相组成和陶瓷的微观形貌进行测试分析,介电性能是通过电测试仪进行测试,磁性能是通过铁磁测试仪进行测试研究的。(1)选择固相法制备Ba(Fe0.5Nb0.5)O3/Bi0.2Y2.8Fe5O(12(BFN/BYIG)层状磁电复合材料,为三层结构,铁磁相-铁电相-铁磁相。在制备BFN/BYIG的层状磁电复合材料中,利用SEM观察材料的层界面,发现在其接触层上并没有太多的扩散现象,而且结构致密,气孔等缺陷也少。而且BFN/BYIG的层状材料在100 Hz1 MHz频率下,介电常数比较大,但是介电损耗较低,展现出了良好的磁电性能。(2)采用流延法制备2-2型层状结构的BFN/BYIG磁电复合材料。通过流延法制备的多层结构BFN/BYIG复合材料相较于固相法制备的来说,结构更加致密,相与相之间的结合更加良好,通过扫面得到断层扫描图可以看到,致密性非常的良好。相较于固相BFN/BYIG磁电复合材料来说,介电常数更加高然而介电损耗反而更低,这也许是由于通过流延制备的层状结构界面结合效果好,多层效果极化作用大,有利于界面极化等极化机制的产生。(3)选择固相法制备Ba(Fe0.5Nb0.5)O3/Ni0.8Zn0.2Fe2O4(BFN/NZFO)层状磁电复合材料,同样是三层结构。三层磁电复合材料结构致密,并且两相之间没有扩散,没有产生其余的第三相。2-2型层状结构的BFN/NZFO介电常数更加稳定、相对更高然而介电损耗反而也低。而且在铁磁相NZFO的作用下,磁性能也有提高,NZFO的含量越多,饱和磁化强度也就更高、磁导率数值也愈大。(4)采用流延法制备2-2型层状结构的BFN/NZFO磁电复合材料。在1300 oC的烧结温度下,多层磁电复合材料的结构更加致密,相结合更加紧密,没有孔洞。流延法制备的多层结构的材料介电常数更大然而介电损耗反而更低。多层结构与流延法制备的0-3型BFN/NZFO对比,在介电常数、介电损耗方面都多层结构的性能更好,而且更加稳定。
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