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多铁材料Bi1-xCaxFeO3的介电、铁磁特性和高温磁相变

宋桂林 苏健 张娜 常方高

多铁材料Bi1-xCaxFeO3的介电、铁磁特性和高温磁相变

宋桂林, 苏健, 张娜, 常方高
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  • 采用溶胶凝胶法制备Bi1-xCaxFeO3 (x=0, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2)陶瓷样品. X衍射图谱表明所有样品的主衍射峰均与纯相BiFeO3相符合且具有良好的晶体结构. 随着x的增大, Bi1-xCaxFeO3样品的主衍射峰由双峰(104)与(110) 逐渐重叠为单峰(110), 当x ≥0.15时, 样品呈现正方晶系结构; 扫描电镜形貌分析可知, 晶粒由原来的0.5 μm逐渐增大到2 μm. Bi1-xCaxFeO3样品介电常数和介电损耗随着x 的增加先增大而后减小. 当f=1 kHz, Bi0.9Ca0.1FeO3 的介电常数达到最大值, 是BiFeO3的7.5倍, 而Bi0.8Ca0.2FeO3的介电常数达到最小值, 仅仅是BiFeO3的十分之一. Bi1-xCaxFeO3样品所呈现的介电特性是由偶极子取向极化和空间电荷限制电流两种极化机理共同作用的结果. 随着Ca2+ 的引入, BiFeO3 样品的铁磁性显著提高. X射线光电子能谱图表明Fe2+和Fe3+ 共存于Bi1-xCaxFeO3 样品中, Fe2+/Fe3+比例随着Ca2+ 掺杂量的增加而增大, 证明Ca2+掺杂增加了Fe2+的含量, 增强BiFeO3的铁磁特性. 从M-T曲线观察到BiFeO3样品在878 K附近发生铁磁相变, 示差扫描量热法测试再次证明BiFeO3 在878 K发生相变. Ca2+掺杂使BiFeO3样品的TN略有变化而TM基本不变, 其主要原因是Fe-O-Fe反铁磁超交换作用的强弱和磁结构相对稳定.
      通信作者: 常方高, chfg@htu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: U1204111)、河南省重点科技攻关项目(批准号: 122102210191)和河南省基础与前沿技术研究计划(批准号: 122300410203)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-06-27
  • 修回日期:  2015-09-29
  • 刊出日期:  2015-12-05

多铁材料Bi1-xCaxFeO3的介电、铁磁特性和高温磁相变

  • 1. 河南师范大学物理与电子工程学院, 河南省光伏材料重点实验室, 新乡 453007
  • 通信作者: 常方高, chfg@htu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: U1204111)、河南省重点科技攻关项目(批准号: 122102210191)和河南省基础与前沿技术研究计划(批准号: 122300410203)资助的课题.

摘要: 采用溶胶凝胶法制备Bi1-xCaxFeO3 (x=0, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2)陶瓷样品. X衍射图谱表明所有样品的主衍射峰均与纯相BiFeO3相符合且具有良好的晶体结构. 随着x的增大, Bi1-xCaxFeO3样品的主衍射峰由双峰(104)与(110) 逐渐重叠为单峰(110), 当x ≥0.15时, 样品呈现正方晶系结构; 扫描电镜形貌分析可知, 晶粒由原来的0.5 μm逐渐增大到2 μm. Bi1-xCaxFeO3样品介电常数和介电损耗随着x 的增加先增大而后减小. 当f=1 kHz, Bi0.9Ca0.1FeO3 的介电常数达到最大值, 是BiFeO3的7.5倍, 而Bi0.8Ca0.2FeO3的介电常数达到最小值, 仅仅是BiFeO3的十分之一. Bi1-xCaxFeO3样品所呈现的介电特性是由偶极子取向极化和空间电荷限制电流两种极化机理共同作用的结果. 随着Ca2+ 的引入, BiFeO3 样品的铁磁性显著提高. X射线光电子能谱图表明Fe2+和Fe3+ 共存于Bi1-xCaxFeO3 样品中, Fe2+/Fe3+比例随着Ca2+ 掺杂量的增加而增大, 证明Ca2+掺杂增加了Fe2+的含量, 增强BiFeO3的铁磁特性. 从M-T曲线观察到BiFeO3样品在878 K附近发生铁磁相变, 示差扫描量热法测试再次证明BiFeO3 在878 K发生相变. Ca2+掺杂使BiFeO3样品的TN略有变化而TM基本不变, 其主要原因是Fe-O-Fe反铁磁超交换作用的强弱和磁结构相对稳定.

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