BTO基多铁陶瓷的制备及物理性能研究

作者：李胜; 宋国强; 张媛媛^*; 唐晓东

来源：无机材料学报, 2022, 37(01): 80-86.

• 钛酸钡
• 铁电性
• 多铁性
• 掺杂

多铁材料在新型器件领域的应用非常广泛,其研究已成为当今材料研究领域的热点之一。钛酸钡(BaTiO3,BTO)在室温下具有较强的铁电性、高介电常数和电光特性等丰富的物理性能,吸引了科研人员对其进行多铁化的研究。本工作通过固相烧结法制备BTO和BaTi0.94(TM1/2Nb1/2)0.06O3(TM=Mn/Ni/Co)陶瓷,系统研究了B位共掺杂对陶瓷的生长特性与电学、磁学和光学方面的影响。实验结果表明:掺杂有效抑制了六方相的产生,样品晶体结构由四方相向立方相转变,不同元素离子半径的差异使得相变的程度有所不同。通过拉曼散射发现BTO基陶瓷四方相的特征峰变弱,进一步证明了共掺杂导致四方相减少。介电温谱表明BaTi0.94(TM1/2Nb1/2)0.06O3的居里温度(TC)也较BTO有大幅度降低,同时样品的铁电性虽然也明显削弱,但是还保持有较好的铁电性,这些都和晶体结构的相变程度密切相关。磁性测试结果表明:在三组共掺组分中,Ni-Nb共掺杂具有最好的室温铁磁性,铁磁性的形成机制可以通过F中心交换(F-center exchange,FCE)理论来解释。与BTO相比,BaTi0.94(TM1/2Nb1/2)0.06O3的带隙明显减小,这主要是因为掺杂产生杂质能级使带隙减小,与能带理论吻合。上述结果表明:通过B位共掺杂可以获得室温下铁电性与铁磁性共存的BTO基多铁陶瓷,有望在多铁性功能器件中获得更广泛的应用。

• 出版日期2022
• 单位华东师范大学