铁电/铁磁复合材料的磁性能和介电性能研究

铁电/铁磁复合材料是一类在材料内部同时共存铁电相和铁磁相的重要功能材料。在外加磁场和电场的作用下,其磁化和极化状态易于调控。笔者以铁电性的钛酸钡和铁磁性镍铜锌铁氧体纳米粉为原料,采用固相反应法,合成了一系列铁电/铁磁复合材料。研究表明:在一定温度下烧结所得的铁电/铁磁复合材料,由铁电相和铁磁相两相所组成,对外表现出铁电性和铁磁性。该复合材料同时具有电感和电容两种特性,而且频率稳定性好,有望替代现有的分立式无源滤波器,做到真正的集成而广泛应用在集成电路中。

铁电/铁磁复合材料的制备及研究进展

铁电/铁磁复合材料是一种新型的功能材料,不仅集合了铁电性和铁磁性的优点,而且具有磁电耦合效应,因此具有十分广泛的应用前景.本文系统介绍并评述了铁电/铁磁复合材料的磁电效应、制备方法以及研究的现状,探讨了铁电/铁磁复合材料研究中亟待解决的问题及发展趋势.

铁电/铁磁复合材料的介电、铁电性能研究

采用传统的固相烧结工艺制备了铁电/铁磁复合材料,组分为(1-x)NiFe_2O_4+xPbZr_(0.52)Ti_(0.48)O_3(其中x=0.5,0.6,0.7,0.8)。利用XRD和背散射电子像分析了复合材料的相成分,结果表明,复合材料由铁电相和铁磁相组成,无杂相生成。通过测量电阻率及压电性能得出复合材料的最佳烧结温度约为1 220℃。介电温谱研究表明,相变温度约为390℃,且不随频率变化,是铁电到顺电的相变。电滞回线呈束腰特征,剩余极化强度较小,随铁电体含量的增加剩余极化强度增大,铁电性加强。

低温烧结铁电/铁磁复相陶瓷研究进展

随着电子器件和系统的集成度进一步提高,低温共烧陶瓷(LTCC)技术在无源集成领域的地位越来越重要。在这一背景下,铁电/铁磁复相陶瓷的低温烧结研究有重要的现实意义。本文重点描述了BaTiO_3/NiCuZn和Bi_4Ti_3O_(12)/NiCuZn两个复相陶瓷体系的低温烧结研究进展,为新复合体系的开发提供了有价值的参考。

CBS玻璃掺杂铁电/铁磁复合材料性能研究

采用标准陶瓷工艺,在900℃和950℃成功制备了可应用于LTCC(低温共烧陶瓷)工艺的掺杂CBS的Ba Ti O3/N i Cu Zn复合材料。对比研究了添加CBS前后复合体系磁性能和介电性能变化。发现CBS能够减弱低频段的磁导率频散,并能在一定程度提高高频段的Q值;同时,它还能明显抑制界面极化对复合材料介电性能的影响,可使高频段的介电损耗降低至0.001。

铁电/铁磁三相颗粒复合材料的磁电性能计算

采用格林函数方法给出了三相复合材料的磁电系数的解析式 ,对稀土 铁合金 压电陶瓷 高分子 (Terfenol D PZT PVDF)三相颗粒复合材料的磁电系数进行了计算 .计算结果给出了复合材料的磁电性能与材料显微结构的关系 ,包括三相颗粒复合材料的磁电性能随组分、颗粒的长径比、PZT颗粒的电极化方向以及外磁场的变化趋势 ,可为实验设计提供参考和指导 .通过合理设计 ,三相磁电复合材料的性能可以达到数百mV A .作为一种新的磁电复合材料 。

电场调控铁电/铁磁异质结构的磁性

随着大数据时代的到来,具有非易失性、高读写速度、高存储密度、低功耗和微型化的存储器成为了未来信息存储发展的主要趋势.尽管有多种信息存储方式,利用磁性材料磁化翻转的磁存储依然是当下信息存储的主体.在磁信息存储的过程中,相比于磁场和电流驱动的磁化翻转,在铁电/铁磁异质结构中利用电场调控铁磁性材料的磁化翻转具有高存储密度、低能耗、局域化和高效率等优点.铁电/铁磁异质结构磁性的电场调控也因此成为了当前研究的热点之一.本文系统地回顾了兰州大学磁学与磁性材料教育部重点实验室在铁电/铁磁异质结构的磁电耦合效应研究方向的进展:实现了电场作用下铁磁层材料磁矩的挥发性或非挥发性翻转,多态高密度存储,外延单晶铁磁层薄膜磁性的多场调控,磁化动力学性能以及自旋波(磁子)的电场效应,并讨论了未来多场可控自旋电子学的发展趋势.

BST/YIG复合材料的相结构、介电性能和磁性能的研究

以铁电性的钛酸锶钡(BST)和铁磁性钇铁氧体(YIG)为原料,采用固相反应法,合成了一系列铁电/铁磁复合材料,并对铁电/铁磁复合材料(YIG/BST)的介电性能和磁性能进行了详细地研究.结果表明:在一定温度下烧结所得的铁电/铁磁复合材料,由铁电相和铁磁相两相组成;xBST-(1-x)YIG(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0)复合材料具有良好的介电性能和磁性能,其介电常数实部ε′与虚部ε″均随BST含量的增加而升高,且介电常数的谐振峰随着YIG含量的增加而向频率高的方向移动.磁导率实部μ′与虚部μ″均随BST含量的增加而降低.在YIG铁氧体中加入适量的陶瓷BST构成复合材料,可以有效地改善截止频率,提高高频电磁特性.

溶胶凝胶法0.5PbTiO3/0.5NiFe2O4两相复合陶瓷的制备

通过sol-gel原位复合方法制备了两相比例为1∶1的铁电PbTiO3（PTO）/铁磁NiFe2O4（NFO）复合粉末以及陶瓷材料,利用XRD对复合体系的物相结构进行了研究,利用SEM对复相粉体及陶瓷的形貌进行了观察,采用阻抗分析仪（Agilent 4294A）测试了复合陶瓷的介电性能以及磁性能。结果表明,在550℃热处理温度下制备的原料粉末形成了PbO相及少量PTO和NFO相,650~700℃下形成了PTO和NFO两相,750℃以上则形成PTO、NFO和PbFe12O19（PFO）三相,热处理时间则对粉末形成影响不大。不同的原料粉末在1150℃下烧结后均形成了PTO和NFO两相均匀分布的复相陶瓷。控制在粉末先驱体中预先形成需要的两相,并控制相对较高的PTO相含量,可得到介电性能相对较好的陶瓷。控制相对较低的原料粉末制备温度,抑制PTO相在原料粉末中的形成,有利于得到较好磁性能的复相陶瓷,也即控制原料中的晶相形成,可以调节这种铁电铁磁两相复合陶瓷的性能。

原位复合钛酸铅/镍(铅)铁氧体复相粉体的制备研究

利用sol-gel法并通过原位复合方法制备了具有铁电性能的PbTiO3和具有铁磁性能的NiFe2O4和PbFe12O19多相复合体系陶瓷粉体.利用XRD、SEM对多相复合体系的物相结构和形貌等进行研究.结果表明,在700℃时可控制形成纯铁电(PbTiO3)/铁磁(NiFe2O4)两相复合体系,在750℃以上则形成铁电(PbTiO3)/铁磁(NiFe2O4和PbFe12O19)三相复合体系.热处理温度对多相复合体系晶相的形成和生长产生关键性作用.多相复合共存体系中形成的晶相多以固溶体存在,各固溶晶相的晶格常数随固溶量的不同而不同.

热处理条件对钛酸盐/铁氧体复相陶瓷制备及性能影响

利用Sol-gel原位法成功制备了一种钛酸盐/铁氧体复相陶瓷。利用XRD,SEM对两相复合体系的结构和形貌进行研究,并用精密介电分析仪(Agilent 42942A)精密磁性分析仪(Agilent 16454A)测试了复相陶瓷的介电性能和磁性能。探讨了热处理条件对复相陶瓷中两相形成及其介电和磁性能的影响。结果表明,晶相含量与预热处理温度几乎无关,随烧结温度的增加而增大,在1150℃时达到最大。低频下陶瓷的介电常数和介电损耗随热处理样品中缺陷的减少而减小;随预处理温度和烧结温度的增加,复相陶瓷中两相晶粒逐渐增大,陶瓷致密度增加。从而使得初始磁导率增加,磁损耗减小。

多铁性BaTiO_3/La_(2/3)Sr_(1/3)MnO_3复合薄膜的制备及其强磁电效应的研究

使用脉冲激光沉积技术,在(001)取向的LaAlO3(LAO)单晶基片上外延生长了BaTiO3/La2/3Sr1/3MnO3(BTO/LSMO)双层复合薄膜.电学和磁学性能的研究显示复合薄膜具有较低的相对介电常数(εr=263),优良的铁电和铁磁性能以及高于室温的铁磁居里温度(Tc=317 K).复合薄膜的磁电电压系数(αE)为176 mV/A,高于同类结构磁电系统一个数量级,相应的界面耦合系数k值为0.68,表明铁磁层和铁电层界面之间存在较大程度的耦合.

TiO_2/NiCuZn复合材料的电磁性能

铁电铁磁复合材料是一种由铁电相和铁磁相复合而成的重要功能材料,将对电子设备的小型化和高度集成化起到相当关键的作用。研究以铁电性的TiO2和铁磁性的NiCuZn铁氧体为原料,采用固相反应法合成一系列TiO2/NiCuZn复合材料,考察了材料配比和烧结温度对复合材料介电性能和磁性能的影响。实验表明,随着TiO2含量的增加,复合材料的磁导率显著降低,但同时介电性能会得到改善。对于NiCuZn含量为80wt%的材料,在900～1200℃的烧结温度范围,随着烧结温度的升高介电常数与磁导率也都会随之升高。这种TiO2/NiCuZn复合材料同时具有电感和电容两种特性,有望在未来的集成电路中广泛使用。

PZT502/CoFe_2O_4叠层复合材料的制备与磁电效应

以分析纯的Co2O3和Fe(NO3)3.9H2O为原料,用常规工艺,在1270℃下烧结1 h制备了CoFe2O4陶瓷,作为铁磁相;铁电相为购自美国的PZT502粉体烧制成的陶瓷。将这两种材料切割成长片状,并叠层复合成为3和7层的2-2复合材料。研究了外加磁场和频率对复合材料的磁电耦合效应的影响;当叠层数为7时,复合材料的磁电耦合系数达到234.6 mV/(cm.Oe)、感应电压达2.3 V。

《电子元件与材料》两篇论文齐获中国科协优秀学术论文奖

发表于本刊2003年第4期，由齐西伟、周济等撰写的《铁电／铁磁复合材料的磁性能和介电性能研究》和2004年第8期，由许天旱、赵麦群等撰写的《Sn—Ag—Cu系无铅焊锡成分的优化研究》论文双双荣获第四届中国科协期刊优秀学术论文奖。本刊特向两文作者表示祝贺!

La_(2/3)Sr_(1/3)MnO_3/BaTiO_3复合薄膜的制备及其电致磁电效应研究

使用脉冲激光沉积技术,在LaAlO3(001)单晶基片上制备了La2/3Sr1/3MnO3(LSMO)/BaTiO3(BTO)双层薄膜.X射线衍射分析显示,LSMO层和BTO层呈现纯(001)取向.原子力显微镜研究表明,薄膜表面晶粒大小均匀,排列致密,表面均方根粗糙度为1.4nm.复合薄膜的磁学、电学性能研究表明,其具有良好的磁学和介电性能.电输运测试显示,与在BTO层上施加正方向直流电压相比,当在BTO层上施加负方向直流电压时,LSMO表面层的电阻率变低,金属绝缘体相变温度TMI变高,亦即引起了LSMO层磁性的变化.这表明LSMO中磁学序参量和BTO中的电学序参量之间存在着耦合,即发生了由直流电场诱发的电致磁电效应.