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1、河北师范大学 硕士学位论文 几种复合多铁性材料制备和性能的研究 姓名：仙晓宁 申请学位级别：硕士 专业：凝聚态物理 指导教师：郭革新 20100403 摘 要 多铁性材料是一类同时具有（反）铁电、 （反）铁磁及铁弹中两者或两者以上耦合 性质的材料。近些年来，由于其在多功能器件中的潜在应用而引起了人们极大的兴趣。 多铁性材料可分为单相多铁性材料和复合多铁性材料。 复合多铁性材料由于其独特的优 势而目前被人们广泛的研究。 本文采用固相反应法制备了 1-xBi0.85La0.15FeO3-xCoFe2O4，0.8Bi1-xLaxFeO3-0.2 CoFe2O4，0.55Bi1-xLaxFeO3-0.
2、45CoFe2O4， 1-xBi0.8La0.2FeO3-xCuFe2O4，0.9Bi1-xLaxFeO3- 0.1CuFe2O4， 1-xBi0.8La0.2FeO3-xZn0.6Mn0.4Fe2O4六个系列复合样品。并对每批样品的物 相结构、磁性能、介电性能以及部分样品的铁电性进行了研究。 对于 1-xBi0.85La0.15FeO3-xCoFe2O4，1-xBi0.8La0.2FeO3-xCuFe2O4 和 1-xBi0.8La0.2FeO3- xZn0.6Mn0.4Fe2O4系列复合样品来说，复合样品中没有杂相出现，说明两相间没有发生反 应，随着铁磁相逐渐增多，铁磁相的峰逐渐增强，磁特
3、性逐渐增大。对于 1-xBi0.85La0.15FeO3-xCoFe2O4复合系列样品，在x=0.1 时，能观测到很好的P-E曲线，饱和 极化强度Ps和剩余极化强度Pr都比单相的Bi0.8La0.2FeO3要大， 介电常数随着x的增加而 减小。在 1-xBi0.8La0.2FeO3-xCuFe2O4系列样品的M-T曲线中，在T=150K和T=250K附近 有 两 个 磁 相 变 ， 这 分 别 与 两 单 相 相 对 应 ， 介 电 常 数 随x的 增 大 而 减 小 。 在 1-xBi0.8La0.2FeO3-xZn0.6Mn0.4Fe2O4系列样品中，介电常数随x的增加而增大，与常温时相
4、比，在T=10K时，磁性能较好。 对 于0.8Bi1-xLaxFeO3-0.2CoFe2O4， 0.55Bi1-xLaxFeO3-0.45CoFe2O4和0.9Bi1-x LaxFeO3-0.1CuFe2O4系列样品， 两相之间没有发生反应， 且在x=0.3 时， 相结构发生改变。 随着掺杂量x的增加， 磁性能逐渐增强， 介电常数是先逐渐增大， 在x=0.3 时又逐渐降低。 且 0.8Bi1-xLaxFeO3-0.2CoFe2O4比 0.55Bi1-xLaxFeO3-0.45CoFe2O4系统的介电性能要好。 关键词：多铁性复合材料 固相反应法 磁电效应 铁电性 铁磁性 介电性 III Abs
5、tract In recent years, multiferroic materials with coexistence of at least two ferroic orders (ferroelectric, ferromagnetic, or ferroelastic) have drawn increasing interest due to their potential for applications as multifunctional devices. The multiferroic materials including the single phase multi
6、ferroic materials and the composite multiferroic materials. The composite multiferroic materials is well and widely studied in film and bulk form, due to its unique advantage. In this paper, 1-xBi0.85La0.15FeO3-xCoFe2O4, 0.8Bi1-xLaxFeO3-0.2CoFe2O4, 0.55Bi1-x LaxFeO3-0.45CoFe2O4, 1-xBi0.8La0.2FeO3-xC
7、uFe2O4, 0.9Bi1-xLaxFeO3-0.1CuFe2O4, 1-xBi0.8La0.2FeO3-xZn0.6Mn0.4Fe2O4 were prepared by the conventional solid state reaction. Its also investigated the properties of the composition systems, such as the structures, magnetic, dielectric and the ferroelectric. For the 1-xBi0.85La0.15FeO3-xCoFe2O4, 1-
8、xBi0.8La0.2FeO3-xCuFe2O4 和 1-xBi0.8La0.2 FeO3-xZn0.6Mn0.4Fe2O4 samples, no third phases can be detected, which indicated that no any chemical reaction had taken place between two phases. The intensity of ferroic peaks and the magnetic properties enhanced with its increasing percentage in the composi
9、tion. For the 1-xBi0.85La0.15FeO3-xCoFe2O4 samples with x=0.1, well saturated P-E loop can be obtained. The saturated polarization (Ps) and remnant polarization (Pr) are better than the single phase Bi0.8La0.2FeO3. Howerver, the dielectric constant was decreasing with the increasing of x. For the M-
10、T loops of the 1-xBi0.8La0.2FeO3-xCuFe2O4 samples, two magnetic transition at T=150K and T=250K were identified, which was in accordance with the property of the single phase Bi0.8La0.2FeO3 and CuFe2O4. For the 1-xBi0.8La0.2FeO3-xZn0.6Mn0.4Fe2O4 samples, the dielectric constant was increasing with t
11、he increasing of x. Compared with the T=300K, the magnetic property was better at T=10K. For the 0.8Bi1-xLaxFeO3-0.2CoFe2O4, 0.55Bi1-xLaxFeO3-0.45CoFe2O4 and 0.9Bi1-x LaxFeO3-0.1CuFe2O4 composition samples, there was no any chemical reaction had taken place between the two phases. There was a struct
12、ural phase transition near x=0.3. The magnetic property was enhanced with the increasing of x. The dielectric constant increases firstly with the La content increasing and then decreases with x=0.3. The 0.8Bi1-xLaxFeO3-0.2 CoFe2O4 samples had a higher than 0.55Bi1-xLaxFeO3-0.45CoFe2O4. IV Key words:
13、 multiferroic composite materials the conventional solid state reaction magnetoelectric effects ferroelectricity ferromagnetism dielectric property V 学位论文原创性声明 学位论文原创性声明 本人所提交的学位论文几种复合多铁性材料制备和性能的研究 ，是在导师的指 导下，独立进行研究工作所取得的原创性成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。 对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中标明。
14、 本声明的法律后果由本人承担。 论文作者（签名） ： 指导教师确认（签名） ： 年 月 日 年 月 日 学位论文版权使用授权书 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解河北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学 位论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权河北师范大学可以将学位论 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、缩印或其它复制手段保 存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在 年解密后适用本授权书） 论文作者（签名） ： 指导教师（签名） ： 年 月 日 年 月 日 II 1 绪 论 1 绪 论 多铁性材料是一种同时具有铁电、 铁磁以及铁弹中两者或是两者
15、以上之间能够发生 耦合的多功能材料，同时也包括反铁磁性和反铁电性等。在该材料中，铁电和铁磁之间 的耦合作用使得电场控制磁数据存储或磁场控制铁电数据存储成为可能。例如，以该材 料作为记录介质，我们就能够利用磁记录读出速度快与铁电记录写入快的特点，以实现 快速的读写过程1-10。另外，多铁性材料由于铁电、铁磁之间的耦合作用而广泛应用于 传感器、 转换器、 敏感器和存储器以及智能系统等高科技领域11。 在现代的生产生活中， 对于器件的微型化及多样化的需求越来越迫切， 因此我们就需要寻求一种有着多种功能 的材料，而多铁材料就是一种典型的多功能材料。多铁性材料铁电磁之间的耦合所产生 的磁电效应开拓了多铁
16、材料的应用范围。 并且为磁电器件以及新型信息存储等技术提供 了广泛的应用前景。多铁性材料由于这些特殊的优势而引起了人们广泛的关注，已成为 国际上一个新的研究热点12。 1.1 多铁性材料的主要性质和研究进展 1.1.1 多铁性材料的性质多铁性材料的性质 对于多铁体的研究，主要是研究多铁体内部的磁电耦合效应。磁电耦合效应就是外 加一个磁场能够使物质产生介电极化，而外加电场，又能够产生磁极化特性，即存在磁 有序，又存在铁电有序，而且两种有序共存，并且相互之间又存在一定形式的耦合。我 们可以用E=EH来表示磁电耦合，其中E表示磁电系数。若磁电系数E越大的话，则表 示磁电之间的转化率越高，铁电有序和磁有序之间的耦合就越强。 自从Cr2O3单晶多铁体被发现后，就不断有新的多铁体被发现和合成，到目前为止 已有上百种13。 自从上世纪
