多铁材料Ni_3V_2O_8的熔盐法制备与磁学性能

分别采用熔盐法和固相反应法制备了Ni3V2O8多铁材料样品,并利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)等表征手段分析了所得样品的物相、微观形貌及结构,并研究了其磁学性能。实验结果表明,采用熔盐法和固相反应法制备的Ni3V2O8样品均为单一物相,呈正交对称型的晶体结构;熔盐法制备所得的样品呈棒状,颗粒直径约为20μm,长度约为100μm,单个晶粒呈明显的单晶特征;而固相反应法制备的Ni3V2O8样品呈颗粒状,颗粒尺寸约为25μm,分布较均匀。熔盐法制备的Ni3V2O8具有反铁磁性相变,相变温度在3.6 K左右,有效磁矩为3.34μB。

磁电及多铁材料研究进展

近10年来具有磁电耦合特性的材料研究取得了令人瞩目的进展,对相关研究情况做一简要介绍,内容包括磁电相互作用的主要类型和机理,特别关注室温下具有良好磁电效应的潜在实用材料,对磁电及多铁材料在信息和节能技术的应用实例也进行了简要的讨论。

复合多铁材料NiFe_2O_4/BaTiO_3的制备及性能

采用溶胶-凝胶与固相反应相结合的方法制备了xNiFe2O4/(1-x)BaTiO3(x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6)系列复合多铁材料.X射线衍射(XRD)结果表明,复合材料中只含有钙钛矿结构的BaTiO3和尖晶石结构的NiFe2O4,说明共烧过程中两者未发生明显的化学反应,铁电相与铁磁相共存.扫描电子显微镜(SEM)观测结果表明材料内部是异质结构的,高分辨透射电子显微镜(HRTEM)观测结果进一步说明了NiFe2 O4和BaTiO3共存,并且在两种物质的接触处能够看到清晰的界面.这种由BaTiO3和NiFe2 O4组成的复合材料对外同时表现出铁电性和铁磁性.电滞回线结果表明,该复合材料具有铁电性,但存在着一定的漏电.介电频谱表明材料的介电常数随着频率的升高而下降,在低频下达到定值,并且铁磁相的含量对材料的介电性有影响.磁性能测试结果表明材料的磁性源于NiFe2O4,并且磁性随着NiFe2O4含量的增加而增强.

多铁材料内磁性关联对铁电性质影响的理论研究

多铁材料是一种能够在一定的温度下同时表现出磁性和铁电性的材料,在多功能材料设计领域有着重要的应用。在本研究中,从理论上讨论了第一类多铁材料内磁性子体系的磁性关联效应对铁电性质的影响。在这类材料中,磁性子体系的相变温度一般低于铁电子体系。选用了海森堡模型和横场伊辛模型来分别描述多铁材料中的磁性和电性子体系,并且仅考虑了磁性体系的相变温度T_m低于铁电子体系的相变温度T_e的情况。研究发现在温度高于T_m时,磁化强度为零,但磁性关联项仍能影响铁电性质。

钙钛矿类单相多铁材料的研究现状

钙钛矿结构因其存在多铁性质吸引了很多研究兴趣。主要介绍了几种重要的钙钛矿结构的研究现状。Bi基钙钛矿体系存在很高的铁电极化强度;锰氧化物是一种典型的强关联电子体系,体系可以在不同条件下发生各种相变;R2Ni Mn O6在室温下具有相当大的磁介电效应以及存在室温铁磁转变温度。同时提出了目前钙钛矿结构存在的问题。

双钙钛矿SmYNiMnO6多铁材料的水热合成及性质研究

双钙钛矿结构氧化物是一种新颖的具有独特物理性质和化学性质的无机非金属材料。作为一种新型多功能材料,在电磁学、光催化以及多铁性等方面极具研究和应用价值。目前,双钙钛矿被广泛用作介电材料、磁性储存传导材料、发光性材料以及光催化材料等等。本论文通过调控反应温度、时间、碱量,利用水热合成法首次成功制备了双钙钛矿SmYNiMnO6,并用XRD、SEM、EDS、XPS等多种手段对其进行了表征。

基于铁性材料的微波器件及其仿真模拟

随着无线通讯技术的进步和发展,集成化、芯片化、阵列化的微波器件成为前沿发展方向.了解材料的基本物理性质并进行相关器件的设计仿真有助于促进对原子尺度到宏观器件性质的理解和预测,是推动微波技术发展的关键,也是信息科技发展中的重点.本文从微波器件的基本材料出发,重点介绍了铁磁、铁电以及多铁复合材料3类铁性材料的基本物理性质及其在微波器件中的应用,进而介绍了微波器件中的仿真模拟软件.

铁电材料的研究进展

铁电材料的优秀电学性能孕育了它广阔的应用前景,其电子元件有着集成度高、能耗小、响应速度快等众多优点。而且目前研究者将铁电材料同其它技术相结合,使新诞生的集成铁电材料性能更为优秀。介绍了铁电材料的发展历史和当前的研究概况。详细描述了几种铁电材料的性能特点与研究进展,包括压电材料及在微机电系统中的应用,储能用铁电介质材料,有机铁电薄膜材料,具备2种以上初级铁性体特征的多铁材料,铁电阻变材料等。最后,总结了铁电材料研究中尚未解决的技术问题,并展望了铁电材料的发展趋势。

现代透射电子显微技术在多铁材料研究中的应用

文章简要介绍了材料科学研究中被广泛应用的透射电子显微(TEM)技术及其在多铁材料研究中的应用,并给出了几个典型案例:利用球差矫正原子分辨扫描透射电子显微术(STEM),并和电子能量损失谱(EELS)相结合,分析多铁异质结界面处的原子分布、离子价态和化学键的变化;结合球差矫正原子分辨透射电子显微图像(HRTEM)和STEM图像,分析多铁材料中的局域对称性破缺和电极化特性;利用原位变温及电/磁场加载技术,研究多铁材料中的结构相变和电畴/磁畴的动态演变特性。文章特别指出,现代透射电子显微学是全面分析理解多铁材料局域微结构,探讨多铁耦合机制及其物理根源的有效手段。

功能梯度铁电铁磁复合材料弯曲模态下的磁电效应

基于磁致伸缩相与压电相的本构方程,应用弹性力学的方法,建立了功能梯度铁电铁磁复合材料弯曲模态下的磁电耦合静态力学模型。假设铁电和铁磁材料的物理参数均为沿厚度方向的线性或指数函数,分析计算了由PZT作为铁电材料和CoFe2O4作为铁磁材料的双层复合材料的磁电效应。结果表明,在弯曲模态下,磁电电压系数出现两个峰值。负梯度的铁电(或铁磁)材料提高磁电效应,正梯度的铁电(或铁磁)材料降低磁电效应。同号梯度的铁电铁磁材料对磁电效应的影响更大。

复合多铁材料0.2NiFe_2O_4/0.8BaTiO_3的制备及性能研究

采用溶胶-凝胶与固相反应相结合的方法制备0.2NiFe2O4/0.8BaTiO3复合多铁材料.X射线衍射结果表明,铁电相与铁磁相共存.扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对样品的形貌进行了分析.扫描电子显微镜结果表明材料内部是异质结构的,高分辨透射电子显微镜(HRTEM)结果分析复合材料由NiFe2O4和BaTiO3两相构成,并且两相之间存在明显的界面.电滞回线表明,样品具有铁电性,但存在着一定的漏电.利用振动样品磁强计(VSM)对样品的磁性能进行了测量,由于NiFe2O4的存在,样品具有磁性.

多铁性铁酸铋BiFeO_3薄膜材料的纳米力学性质研究

采用脉冲激光沉积法制备了多铁性铁酸铋(Bi Fe O3)薄膜材料,通过原子力显微镜(AFM)对其表面形貌和压电响应性质进行了表征。同时,利用基于原子力显微镜的定量纳米力学成像技术(QNM)对铁酸铋薄膜材料纳米尺度的力学性质进行研究,突破了传统力学性质测量设备低空间分辨率的限制,获得了Bi Fe O3薄膜材料中菱形相和四方相的杨氏模量。

多铁复合材料0.5 NiFe_(2-x)Mn_xO_4/0.5BaTiO_3的磁性能及介电性能

采用溶胶凝胶与固相反应法制成多铁复合材料0.5NiFe_(2-x)Mn_xO_4/0.5BaTiO_3(x=0,0.1,0.2,0.3).研究结果表明:在复合材料中,尖晶石结构NiFe_(2-x)Mn_xO_4和钙钛矿BaTiO_3的衍射峰明显;材料由两种结构组成,有团聚现象;材料存在有序的磁结构,饱和磁化强度随着Mn含量变化;材料的介电常数在低频下随着频率的增加而下降,在高频下保持不变.

重要前瞻展望：针尖下的多铁材料

近日,中国科学院深圳先进技术研究院医工所纳米调控与生物力学研究中心李江宇研究员应清华大学南策文院士和南京大学刘俊明教授的邀请,联合湘潭大学刘运牙教授、澳大利亚新南威尔士大学Jan Seidel教授在国际一流多学科综合性期刊National Science Review(国家科学评论,影响因子13.222)发表题为Multiferroicsunder the tip: probing magnetoelectric coupling at the nanoscale(针尖下的多铁:纳米尺度磁电耦合的探测)的前瞻展望性文章,对该领域研究进展做了点评,发展趋势做了展望。

多铁复合材料BaTiO_3/NiFe_(1.8)Mn_(0.2)O_4的制备及性能

本研究采用溶胶凝胶法制备了多铁复合材料(1-x)BaTiO_3/NiFe_(1.8)Mn_(0.2)O_4(x=0.1、0.3、0.5),研究了复合材料的结构、形貌、介电性及铁磁性.复合材料的X射线衍射结构表明复合材料中实现了铁电相和铁磁相的共存,复合材料在烧结过程中没有发生两相间的化学反应;扫描电镜结构表明材料内部的异质结构;材料的介电常数和介电损耗均随着频率的升高而下降,铁磁相的引入降低了材料的介电性;材料中存在着有序的磁结构,磁性来源于NiFe_(1.8)Mn_(0.2)O_4,铁电相BaTiO_3的存在减弱了铁磁相之间的接触,降低了复合材料的磁性.

多铁复合材料xNiFe_(1.9)Mn_(0.1)O_4/(1-x)BaTiO_3的制备与性能研究

本文采用溶胶凝胶法制备了x Ni Fe_(1.9)Mn_(0.1)O_4/(1-x)Ba Ti O_3(x=0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6)系列多铁复合材料,研究了复合材料的结构、形貌、介电性及铁磁性。结果表明:当x<0.3时,铁电相和铁磁相的衍射峰明显,并且没有杂相生成。复合材料的晶粒尺寸随着Ni Fe_(1.9)Mn_(0.1)O_4的增加而增加,致密性随着Ni Fe_(1.9)Mn_(0.1)O_4含量的增加而下降。材料具有介电性,并且铁磁相对材料的介电性有影响,材料的介电常数随频率变化在低频下较为明显,高频下介电常数趋于定值,低频下的介电常数较未掺入Mn时有所提高。样品中存在有序的磁结构,并且样品的磁性来源于Ni Fe_(1.9)Mn_(0.1)O_4,Mn的引入有利于提高样品的磁性。

Sm、Co共掺杂对BiFeO_3陶瓷漏电流和铁磁特性的影响

采用快速液相烧结法制备Bi0.95Sm0.05Fe1-xCoxO3(x=0、0.05、0.1)陶瓷样品,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、振动样品磁强计(VSM)对其结构、形貌和磁性进行了测量与分析。结果表明:所有样品的主衍射峰与纯相BiFeO3相吻合且具有良好的晶体结构,样品晶粒的大小随着Sm3+、Co3+掺杂而变小,其晶粒尺寸在1～5μm;Sm3+、Co3+共掺杂有效地减小BiFeO3陶瓷的漏导电流,漏导电流密度下降1～2个数量级;所有样品在磁场为1000 Oe作用下具有完整的的磁滞回线,呈显出较弱的铁磁性。随着掺杂量x的增加,样品的铁磁性显著提高。当x为0.1时,样品具有较好的的铁磁特性。这可以理解为Sm3+、Co3+的掺杂,破坏BiFeO3样品中原有的反铁磁结构,形成一种新的亚铁磁结构,导致掺杂Co3+的样品磁性大幅度增强。

TiO_2/BiFeO_3薄膜中增强的磁性和铁电性能

为改善铁酸铋(Bi Fe O3)薄膜的铁电性能,通过溶胶-凝胶和磁控溅射的方法在Au/Pt/Cr/Si基底上制备了Ti O2/Bi Fe O3(Ti O2/BFO)和Bi Fe O3薄膜.采用扫描探针显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、铁电测试仪和物理性能测量仪对薄膜进行了物性表征.实验结果表明:Ti O2阻挡层抑制了BFO薄膜表面缺陷的形成,提高了复合薄膜的绝缘性能,使Ti O2/BFO薄膜中泄漏电流明显降低,且导电机制由欧姆型向空间电荷限制传导型转变.此外,溅射Ti O2阻挡层破坏了BFO表面的螺旋结构,使Ti O2和BFO之间晶格失配而产生界面应力,提高了薄膜的磁电性能.在顶电极和铁电层之间引入阻挡层是提高BFO薄膜磁电性能的一种有效方法.

化学溶液沉积法制备自取向BiFeO_3多铁薄膜

通过化学溶液沉积法在氧化铟锡(ITO)/导电玻璃上生长了BiFeO3多晶薄膜.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱分析仪(XPS)、磁性测量系统(MPMS)和铁电测试仪对样品的结构、形貌、元素价态、铁磁性和铁电性进行研究.结果表明,薄膜为自取向生长,具有良好的[101]生长取向和平整的表面.室温下,样品呈铁磁性,沿样品取向方向为易磁化轴方向.铁电测试结果表明,其饱和电极化强度达到51.3μC/cm2.

Pr和Co共掺杂BiFeO_3结构和多铁性的研究

溶胶-凝胶法制备了BiFe0.95Co0.05O3、Bi0.95 Pr0.05FeO3和Bi0.95Pr0.05Fe0.95Co0.05O3样品。X射线衍射仪、铁电分析仪和振动样品磁强计测量与分析了样品结构、铁电和铁磁性能。结果表明:共掺杂的样品磁性有所增强,这与样品的结构变化有关。Pr掺杂提高了材料的铁电性能,这是因为Pr掺杂减少了氧空位。