0.7BiFeO_(3)-0.3BaTiO_(3)压电陶瓷的工艺优化及其电学性能

基于铁酸铋基陶瓷在压应力作用下产生感应电荷的压电转换特性,通过调控预烧温度、预烧次数和烧结温度3个影响因素,优化陶瓷制备工艺对陶瓷介电损耗和剩余极化强度等的影响,从而改善其压电性能,确定0.7BiFeO_(3)-0.3BaTiO_(3)陶瓷制备工艺的最佳条件:预烧温度730℃,预烧次数2次,预烧时间5 h,烧结温度984℃,制得陶瓷的压电常数为152 pC/N,比优化前提高了15.4%;剩余极化强度为29.16μC/cm 2,比优化前提升了42.3%;优化后的陶瓷样品为三方-四方(R-T)共存的纯钙钛矿相结构,成瓷性好,晶粒大小分布均匀且晶粒尺寸有所增大,介电损耗较优化前降低了14.3%。陶瓷制备工艺的改进显著优化了陶瓷的高温漏导和极化特性,从而提升了其压电性能。

BiFeO_3材料的制备

BiFeO_3是少数在室温下同时具有铁电性和铁磁性的铁磁电材料之一,在信息存储、传感器和自旋电子器件等方面都有潜在的应用前景,因此它已经引起越来越多的研究者的关注。本文主要介绍了BiFeO_3陶瓷和BiFeO_3薄膜的制备方法.

La和Nd共掺杂BiFeO_(3)陶瓷粉体的低温自蔓延燃烧合成

以甘氨酸为络合剂,采用低温自蔓延燃烧法合成La和Nd共掺杂Bi Fe O_(3)(Bi_(0.9-x)La_(0.1)Nd_xFe O_(3),x=0.1,0.2,0.3,0.4,at%)陶瓷粉体,利用X射线衍射(XRD)、漫反射光谱(DRS)、扫描电镜(SEM)和傅里叶红外光谱(FT-IR)等技术分析产物的相组成和微观结构。结果表明:与传统固相反应法相比,低温自蔓延燃烧法的合成温度大幅降低到600℃。当La和Nd元素的掺杂量不高于30 at%时,合成的陶瓷粉体为单一的四方钙钛矿结构,固溶极限有所提高。600℃煅烧2 h所得产物的颗粒平均尺寸约为27 nm,且分散性良好。La和Nd共掺杂可以有效降低Bi Fe O_(3)的禁带宽度,提高可见光的利用率。采用低温自蔓延合成的La和Nd共掺杂Bi Fe O_(3)在铁电陶瓷和光催化材料方面具有一定的应用价值。

沉积温度对磁控溅射BiFeO3薄膜结构和性能的影响

应用磁控溅射法在以SrRuO3(SRO)薄膜为缓冲层的Pt/TiO2/SiO2/Si(001)基片上制备了多晶BiFeO3(BFO)薄膜,构架了SRO/BFO/SRO异质结电容器。采用X射线衍射、铁电测试仪等研究沉积温度对BFO薄膜结构和性能的影响。X射线衍射图谱显示BFO薄膜为多晶结构。在2.5 kHz测试频率下,500℃生长的BFO薄膜呈现比较饱和的电滞回线,2Pr为145μC/cm2,矫顽场Ec为158 kV/cm,漏电流密度约为2.4×10-4A/cm2。漏电机制研究表明,在低电场区,SRO/BFO/SRO电容器满足欧姆导电机制,在高电场区,满足普尔-弗兰克导电机理。实验发现:SRO/BFO/SRO电容器经过109翻转后仍具有良好的抗疲劳特性。

聚丙烯酰胺凝胶法合成BiFeO_3纳米颗粒

采用一种新的聚丙烯酰胺凝胶法制备了BiFeO3纳米颗粒.以无机盐溶液为原料,通过加入丙烯酰胺使溶液成胶;在溶液成胶过程中,丙烯酰胺聚合形成高分子网络骨架,为粒子提供生长的空间.实验表明,以EDTA作为络合剂可以获得高纯BiFeO3粉体.同时发现,在前驱体溶液中添加适量的葡萄糖,可有效抑制凝胶体在干燥过程中发生剧烈塌缩,对提高粉体的质量起到重要作用.SEM观察显示,制得的BiFeO3粉体的粒度分布均匀,颗粒近似呈球形,颗粒间无粘连团聚现象.DSC分析表明,样品的反铁磁和铁电相变温度分别为370和830℃.电滞回线和磁滞回线测量结果表明,样品在室温下具有明显的铁电性和弱铁磁性.

改进水热法制备BiFeO_3粉体及其磁性研究

以Bi(NO3)3.5H2O和Fe(NO3)3.9H2O为原料,采用改进的水热法制备了BiFeO3微晶。采用浓度为0.1mol/L的前驱物沉淀制备得到非常均匀的尺度为10μm的微球,经超声分散可以得到100 nm的均匀颗粒。XRD研究表明BiFeO3纳米颗粒具有斜方的钙钛矿结构。扫描电镜结果表明BiFeO3纳米粒子具有立方形貌。而TEM结构分析表明BiFeO3纳米颗粒具有完整的单畴结构;磁性分析表明纳米的BiFeO3颗粒具有弱的铁磁有序。制备的BiFeO3具有Fe-O键的伸缩振动和弯曲振动,证实了Fe-O八面体的存在以及BiFeO3具有钙钛矿结构。

BiFeO_3电子结构的第一性原理研究

采用广义梯度近似下的密度泛函理论计算了铁电相BiFeO3以及顺电相BiFeO3的轨道占据数、电子云重叠布居数、净电荷分布和态密度.结果表明,BiFeO3晶体出现铁电性的主要原因是:Fe原子的3d轨道和O原子的2p轨道杂化.而且由于两相晶体结构上的差异,铁电相BiFeO3原子间的共价性和离子性相对顺电相BiFeO3增强了,态密度图在价带区基本相同,但是在导带区具有一定的差异性.

水热法制备BiFeO_3粉体的相变研究

本文以Fe(NO3)3.9H2O和Bi(NO3)3.5H2O为反应原料,以KOH为矿化剂,利用水热方法在矿化剂浓度4.5mol/L至12.0mol/L区域内制备出钙钛矿结构的BiFeO3粉体材料。经过XRD慢扫(扫描速率为0.008°/s)及peakfit软件模拟分析得知,在KOH浓度由4.5～12.0mol/L转变的过程中,产物的物相由三方相BiFeO3向六方相BiFeO3的转变。同时BiFeO3铁电性能研究也证实了以上相变的存在。

BiFeO_3的水热合成、表征及光催化性能研究

以Bi(NO3)3.5H2O和Fe(NO3)3.9H2O为原料,KOH为矿化剂,聚乙二醇6000为分散剂,水热合成了单相BiFeO3粉体,利用X射线衍射、扫描电镜优化了水热合成条件,利用振动样品磁强计测定了BiFeO3的磁滞回线,并对产物进行了光催化降解甲基橙性能的研究。结果表明,200℃条件下反应6h制备的BiFeO3粉体显顺磁性,紫外光照射4h对甲基橙的降解率可达90%。

BiFeO_3磁性光催化剂的制备及性能研究

以硝酸铁、硝酸铋为原料，采用柠檬酸－硝酸盐燃烧法制备了可见光响应的BiFeO3磁性光催化材料，利用XRD、SEM、PPMS等分析技术对催化剂进行了表征，通过对染料的降解实验检测其光催化活性。结果表明，用柠檬酸－硝酸盐燃烧法制备的BiFeO3在常温下的最大磁化强度约为0．4～0．6Am^2／kg，500℃条件下制备的光催化剂在300W高压汞灯紫外光照射下，对曙红B和甲基橙的脱色率分别达到91．8％和83．2％，催化活性良好，而且在可见光下具有一定的光催化活性，10h对曙红B的脱色率达到70．1％。

共沉淀法制备BiFeO_3粉体

以Bi(NO3)3.5H2O和Fe(NO3)3.9H2O为原料,冰醋酸做溶剂,柠檬酸为络合剂,采用共沉淀法制备前驱物,对前驱物沉淀进行退火处理,制备出BiFeO3纳米粉体。研究了煅烧温度和冰醋酸的加入量对BiFeO3纳米粉体的晶粒尺寸及形貌的影响。采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)对所制备的BiFeO3纳米粉体进行表征,用EDS确定了样品的表面成分组成。结果表明:退火温度为450℃时出现BiFeO3衍射峰,但存在杂相;退火温度为600℃时制备出了BiFeO3纯相粉体,粉体为立方体结构。冰醋酸加入量由1mL增大到1.8mL时,粉体的晶粒尺寸由14.21nm减小到11.65nm。通过EDS能谱分析得出BiFeO3粉体由Bi,Fe和O三种元素组成。

BiFeO_3的中温水热合成和表征

ＢｉＦｅＯ３是典型的铁电材料（居里温度Ｔｃ＝１１１０Ｋ），同时具有反铁磁性（尼尔温度Ｔｎ＝６５０Ｋ）．ＢｉＦｅＯ３为三方钙钛矿结构，它能与一些其它钙钛矿结构的化合物形成具有优良铁电性能的固溶体［１～４］．固相法合成ＢｉＦｅＯ３的主要缺点在于：（１）往...

水热可控合成多面体BiFeO_3颗粒

以Bi(NO)3·5H2O和Fe(NO)3·9H2O为水热反应原料,选择KOH作为矿化剂合成单相BiFeO3.通过调节KOH浓度和升降温速率可控合成了规则的大尺度多面体BiFeO3颗粒.发现高碱浓度有利于合成规则多面体BiFeO3颗粒,合适的水热降温速率是影响高结晶度BiFeO3颗粒合成的重要因素之一.当KOH浓度为6和8 mol/L,降温速率为0.2℃/min时,产物为高结晶度准立方和截角立方颗粒,当降温速率调节为0.1℃/min时,产物为表面粗糙的立方八面体和截角八面体颗粒.当KOH浓度为8 mol/L,降温速率约为2℃/min时,产物为表面粗糙且有孔洞的截角立方颗粒.通过扫描电镜图片观察到其形貌演变过程并解释了大尺度多面体BiFeO3颗粒的形成机制.

BiFeO_3对0.02PNW-0.07PMnN-0.91PZT低温烧结陶瓷微观结构和压电性能的影响

研究了BiFeO3对950℃烧结Pb0.94Sr0.06(Ni1/2W1/2)0.02(Mn1/3Nb2/3)0.07(Zr0.51Ti0.49)0.91O3(0.02PNW-0.07PMnN-0.91PZT)陶瓷微观结构和压电性能的影响。结果表明:少量BiFeO3可加速致密化过程、促进晶粒长大,并导致准同型相界(MPB)向富Ti区移动和晶胞收缩;过量BiFeO3对晶粒长大起到抑制作用,并在晶界处引入较多气孔。微观结构的变化使性能曲线表现出转折点,最优的压电性能在10mol%BiFeO3处获得。

BiFeO_3及Bi_2FeCrO_6的电子结构和光学特性

采用第一性原理方法计算了铁酸铋及掺铬铁酸铋的电子结构和光学特性等。计算结果表明BiFeO3及Bi2FeCrO6是间接带隙材料,所得到的BiFeO3和Bi2FeCrO6的带隙Eg=2.5eV和Eg=1.7eV,并讨论了Cr的掺入对能态密度、复介电函数,光学特性参数和Mulliken电荷分布的影响,所得结果对BiFeO3材料掺杂改性的研究具有参考价值。

BiFeO_3薄膜研究进展

BiFeO3是少数的在室温下同时具有铁磁性和铁电性的铁磁电材料之一,在信息存储、传感器和自旋电子器件等方面都有潜在的应用前景。本文通过对BiFeO3薄膜的结构、磁性起源、制备工艺和应用领域等方面的综述,提出并设计了水热法和仿生法这两种新的制备BiFeO3薄膜的湿化学方法,并展望了BiFeO3薄膜今后的研究和发展趋势。

不同电极对外延BiFeO_3薄膜铁电性能的影响

采用磁控溅射的方法在SrRuO3/SrTiO3(001)衬底上外延生长BiFeO3薄膜,研究以不同金属或氧化物做顶电极时的铁电、铁磁性质和漏电流及其导电机制。X射线衍射图谱和Φ扫描图结果显示BiFeO3薄膜沿c轴外延生长,以Pt、Al做顶电极的薄膜剩余极化强度2Pr为68μC/cm2,生长Pt/SRO、FePt顶电极的薄膜剩余极化强度较小,2Pr为44μC/cm2,矫顽场2Ec约为370±20 kV/cm。薄膜的漏电流密度较小而且趋于饱和,在U=12 V时最大为1.94×10-3A/cm2,体传导普尔弗兰克导电为BiFeO3薄膜主要的导电机制。BFO薄膜展现出弱磁性,饱和磁化强度为9.3 emu/cm3,矫顽场为338 Oe。

Pr掺杂BiFeO_3粉体的水热制备方法研究

本文采用Bi(NO3).35H2O和Fe(NO3).39H2O和Pr(NO3)3..6H2O为原料,用水热方法制备了不同比例的Pr掺杂的BiFeO3微晶。XRD研究表明在Pr的掺杂比例达到10%时仍然能够获得纯钙钛矿结构的BiFeO3,不同比例Pr掺杂的样品均呈斜方钙钛矿相。扫描电镜研究结果表明BiFeO3粉体的尺度和形貌通过Pr掺杂得到了调控。磁性测量结果表明:通过Pr掺杂,BiFeO3微粉的磁化曲线饱和性增强,剩余磁化强度增加。红外光谱研究表明BiFeO3具有钙钛矿结构,Pr掺杂导致了晶格畸变。

多孔BiFeO_3薄膜的光伏效应研究

采用溶胶-凝胶法,在不同退火温度下在FTO/玻璃衬底上制备了多孔BiFeO3薄膜并对薄膜的光伏特性进行了研究。结果表明,在450-600℃退火的薄膜,均呈高度（100）择优取向;所有薄膜均为多孔薄膜,450℃、500℃、550℃和600℃退火的薄膜的孔径大小分别为2μm,2μm,6μm和1μm。孔隙的出现与加入乙醇胺的量直接相关,同时能够增强对光的吸收。450℃、500℃、550℃和600℃退火的薄膜的光学带隙分别为2.31 eV,2.50 eV,2.51 eV,和2.62 eV,所有光学带隙显著低于通常报道的结果。450℃与500℃退火的BiFeO3薄膜具有较强的光电导效应,而600℃退火的BiFeO3薄膜具有较强的体光伏效应。BiFeO3薄膜中的体光伏效应来自铁电极化产生的内建电场。

退火工艺对液相自组装法制备BiFeO_3薄膜的影响

以Bi(NO3)3.5H2O,Fe(NO3)3.9H2O和柠檬酸为主要原料,采用液相自组装法,以OTS单分子层为模板,在ITO玻璃基片上成功制备了BiFeO3晶态薄膜。研究了退火温度以及保温时间对BiFeO3薄膜的影响。利用DSC/TG对铁酸铋前驱物结晶行为进行了表征,利用XRD和FE-SEM等测试手段对不同退火工艺下制备的BiFeO3薄膜进行了物相和表面形貌的表征。结果表明,BiFeO3晶态薄膜的结晶转变温度在440℃左右;实际上在550℃退火2h的条件下得到了纯相BiFeO3薄膜,薄膜表面致密,晶粒发育完整,尺寸均匀,无明显缺陷;退火温度过高,会导致杂相生成,晶粒异常长大;保温时间过长,会导致BiFeO3高温分解。