多铁性材料BiFeO3的制备及其掺杂改性的研究（可编辑）多铁性材料BiFeO3的制备及其掺杂改性的研究单位代码: 10293密级:硕士学位论文论文题目 : 多铁性材料 BiFeO 的制备及其掺杂改性研究3 1010030913学号王希望姓名李兴鳌导师光学学科专业光电子功能材料、性质和器件研究方向理学硕士申请学位类别 2013.02.26论文提交日期Imultiferroic properties of co-substituted BiFeO 3 nanoparticlesThesis Submitted to Nanjing University of Posts and Telecommunications for the Degree ofMaster of Master of ScienceByXiwang WangSupervisor: Prof. Xing’ao LiFebruary 2013II南京邮电大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
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研究生签名:_____________ 日期:____________南京邮电大学学位论文使用授权声明本人授权南京邮电大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档;允许论文被查阅和借阅;可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索;可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。
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研究生签名:____________ 导师签名:____________ 日期:_____________III 摘要BiFeO 是一种非常有应用前景的钙钛矿型多铁性功能材料,由于本身存在很多缺陷限制3了现实中的应用,其中最大的问题就是材料本身的多铁性能太弱, 距离应用的要求差距还很大。
如何提高 BiFeO 材料的多铁性能成为目前亟待解决的问题。
本文期望通过掺杂方法以期3得到高性能的 BiFeO 材料。
3本文首先以酒石酸为络合剂通过溶胶凝胶工艺制备试验样品, 通过分析发现, 合成的大多数 BiFeO 粉体样品都没有杂相, 且结晶度非常好, 掺杂的元素都很好掺入了样品的晶格中 ;3然后,对比讨论了 A/B 位单掺杂与共掺杂对 BiFeO 粉体样品性能的影响, 我们发现,A 位3Pr 元素掺入的样品的晶格结构对比纯相和 B 位掺 Co 元素的样品发生了突变, A/B 位共掺杂可以获得比 B 位单掺杂更好的磁性能, 从表面形貌上来看,共掺杂后晶粒的平均体积以及粘连程度变大 ; 最后 , 重点研究了 A 位稀土元素掺杂量对共掺杂 BiFeO 粉体样品的性能的影响,3我们发现掺杂量 0.05 和 0.15 的样品相对掺杂量 0.1 的样品的结构并没有发生突变, 掺杂量为0.1 时获得最好的铁磁性能、漏导性能以及铁电性能 , 这说明结构改变是样品性能提高最大的动因, 而掺杂量为 0.15 时磁性是最差的, 掺杂量为 0.05 时漏导性能和铁电性能是最差的, 我们认为这是由于 Co 的掺杂对铁磁性的影响更大一些。
目前 , 对 BiFeO 掺杂的研究非常多, 主要依据就是掺杂后样品的各方面性能取决于掺杂3元素的种类和掺杂的量,而掺杂改变样品性能的机理主要是掺杂后样品的微观晶格结构会发生扭曲,由此引起电极化以及磁矩排列的变化。
关键词: BiFeO ,多铁性 , 溶胶凝胶法 , 掺杂3IV AbstractBiFeO is a very promising perovskite multiferroic materials, many defects limit its reality3applications, one of the key problem is the weak multiferroic,currently, how to improve the themultiferroic of BiFeO is an urgent problem. This article used doping method in order to get high3performanceIn this dissertation, BiFeO nanocrystals were prepared by sol-gel method with tartaric acid used3as chelator. The analysis revealed that synthesized most BiFeO samples are pure, and3have the nice crystal; We then discuss the A/B-site single-doped and co-doped BiFeO powder3sample performance, due to the incorporation of Pr ions, the lattice structure of the samplehas changed greatly, co-doping at A/B-site than single-doping at B-site has better magneticproperties, the surface morphology of co-doped sample has experienced subtle changes; Finally,doping at A-site affects the performance of samples greatly, we found that the sample of the dopingamount of 0.05 and 0.15 has not changed of basic structure, the sample of 0.1 has the bestferromagnetic properties, the change of structural is the mainfactors effecting performance, thesample of 0.15 is the worst, sample of 0.05 has the worst ferromagnetic properties ferroelectric,Co-doped have more effects on ferromagneticRecently doping has emerged as a field which is more and more interesting for researchers. theproperties of doped sample after depend on the types of dopants and the amount of doped,after doping ,the change of properties is mainly caused by the structure changesKey words: BiFeO , multiferroic, Sol - gel, doping3V 目录第一章绪论. 11.1 概述 11.1.1 多铁性材料. 21.1.2 BiFeO 的结构. 331.1.3 BiFeO 的性能. 431.2 BiFeO 掺杂改性及其研究现状. 531.2.1 掺杂原理51.2.2 A/B 位掺杂61.2.3 研究现状81.3 本文研究的选题背景、意义及主要内容9 第二章实验及其表征技术102.1 合成方法概述102.2 本论文的试验方法..122.2.1 试验药品和设备..132.2.2 实验步骤.132.3 测试技术.142.3.1 X 射线衍射(XRD )..15 2.3.2 扫描电子显微镜(SEM )16 2.3.3 拉曼光谱仪162.3.4 振动样品磁强记(VSM )17 2.3.5 铁电测试仪172.4 本章小结.18第三章 BiFeO 样品的单掺杂以及共掺杂研究..19 33.1 BiFeO 、BiFeCo O 以及 BiPr FeCo O 样品的结构分析193 0.05 3 0.1 0.05 3 3.1.1 XRD 图谱分析..193.1.2 拉曼光谱分析213.2 BiFeO 、BiFeCo O 以及 BiPr FeCo O 样品的性能研究223 0.05 3 0.1 0.05 33.2.1 表面形貌研究223.2.2 铁磁性能研究233.3 本章小结.24第四章 Pr 掺杂量对共掺杂 BiFeO 样品的影响25 34.1 BiPr FeCo O (x0.05,0.1,0.15 )样品的结构分析25x 0.05 34.1.1 XRD 图谱分析..254.1.2 拉曼光谱分析264.2 BiPr FeCo O (x0.05,0.1,0.15 )样品的性能研究27x 0.05 34.2.1 表面形貌研究274.2.2 铁磁性能研究284.2.3 漏导特性研究284.2.4 铁电性能研究294.3 本章小结.30第五章总结与展望..325.1 全文总结.325.2 工作展望.33参考文献..34VI 附录 1 攻读硕士学位期间撰写的论文.39 附录 2 攻读硕士学位期间参加的科研项目40致谢41VII 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论第一章绪论1.1 概述铁性材料(包括铁电、铁磁材料)是一类在驱动、存储、传感及智能系统等高新技术领域占重要地位的功能材料, 在换能器、敏感器、传感器等电子器件领域获得极大的应用空间。
但是随着科技的进步,单纯具有铁电或铁磁性的材料已经远远不能满足需要。
为了在更小的器件上集成更多的功能,使得我们对具备磁电耦合性能新型材料的需求越来越迫切,人们发现并合成出了各种各样的铁性材料。
其中,多铁性材料因具有独特的性能而最为引人关注 ,人们最早是以寻找自然界存在的天然多铁性材料为主要目标。
镍- 碘方硼石Ni B O I 是最早3 7 13发现的同时具有多铁性能的材料 , 并且对其多铁性能的产生机制进行了详细的研究,多铁性的产生主要是由于材料微观结构因为大量离子间的相互作用而造成扭曲造成的。