Cr替代对BiFeO<,3>陶瓷结构和电学性质的影响

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本论文研究了Cr替代对铁磁电材料BiFeO3结构和电学性质的影响。采用固相反应法制备了一系列BiFe1-xCrxO3样品,利用XRD物相分析评价样品生长的情况以及样品的结构变化;利用HP3458A型万用表在室温以及变温条件下,测算了样品的电阻率,利用HP4294A型阻抗分析仪在40Hz到1MHz频率范围内测算了样品的介电特性参数随替代量和频率的变化关系,利用RT6000型铁电分析仪测量了样品的电滞回线随电场和替代量的变化关系,目的在于探讨不同的Cr替代量对BiFeO3铁电性的影响。 根据XRD物相分析可知:实验中制备的BiFeO3样品中存在少量杂质,而少量的Cr替代有利于减少样品中的杂质同时在样品中也生成了另一种新的物质,随着Cr替代量的增加这种新物质在样品中占据了主导的地位,从而改变了BiFeO3样品的微观结构。对BiFe1-xCrxO3样品电阻率的测量表明:Cr3替代Fe3+引起BiFeO3的电阻率发生了大幅度的变化,当Cr2O3的替代量x=0.005时,BiFe1-xCrxO3样品的电阻率比BiFeO3的电阻率下降了三个数量级,而当替代量继续增大到x=0.1时电阻率出现了一个最大值R=2x1012Ωcm,比BiFeO3样品的电阻率提高了2.5倍,但是随着替代量x的继续增加,BiFe1-xCrxO3样品的电阻率又开始下降,因此从提高BiFeO3陶瓷样品电阻率的角度来说,Cr的最佳替代量为x=0.1。对于未掺杂的BiFeO3样品的电阻率随温度变化的测量表明,BiFeO3样品的电阻率随着温度的升高而下降,在温度T=380℃附近并没有出现异常的变化,而在T=420℃附近出现了一个较小幅度的下降。对BiFe1-xCrxO3系列样品介电特性的测量结果表明:BiFe1-xCrxO3陶瓷样品的介电常数和介电损耗都随测量频率的增加而减小。低频下少量的Cr替代可以明显提高样品的介电常数,例如100Hz下x=0.005组分样品的介电常数εr,达到了最大值,比未掺杂的BiFeO3样品的介电常数提高了4倍。而在特定频率下样品的介电常数随着替代量的增加出现了先增加而后又减小的起伏变化的情况。对于介电损耗,Cr替代后的样品的介电损耗都要高于未替代时样品的介电损耗,同时随着Cr替代量的增加样品的介电损耗出现了比较复杂的变化情况。 对BiFe1-xCrxO3系列样品剩余极化强度随电场和替代量的变化关系的测量表明:剩余极化强度随电场强度的增加而增大,少量的Cr替代可以很明显的提高BiFeO3陶瓷样品的Pr值,例如样品的Pr值在Cr=0.005时达到最大值,比未掺杂的BiFeO3样品的Pr值提高了近十倍,而BiFe1-xCrxO3系列样品的介电常数也在少量Cr(x=0.005)替代时达到最大值,同时样品的电阻率在这样的替代量下出现了极小值,这表明样品的介电常数、剩余极化强度和电阻率之间存在着一定的联系。
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