研究目的
为了理解镍(Ni)替代对钛酸钡(BTO)陶瓷的相形成、结构、电学、磁学以及磁电性能的影响。
研究成果
通过固相反应法成功合成了x=0、2.5、5、7.5和10 mol%的镍掺杂钛酸钡(BTO)材料。研究了镍掺杂BTO陶瓷的结构、电学、磁学及磁电性能。Rietveld精修研究表明,随着镍掺杂量增加,晶体结构发生从四方相到六方相的转变。剩余极化强度和介电常数均随镍掺杂浓度升高而降低。除x=2.5 mol%掺杂样品在高场下出现少量抗磁性行为外,饱和磁化强度总体随镍掺杂浓度增加而逐渐增强,该样品同时呈现铁磁性特征。BTNO的铁磁性源于F心交换相互作用。当x=10 mol%时,最大磁化率(MD)和磁电系数(ME)分别达到1.72%和4.51 mV·cm?1·Oe?1。由此得出结论:镍掺杂对BTO陶瓷的结构、铁电性、铁磁性及磁电性能具有显著影响。
研究不足
论文中未明确提及实验的技术和应用限制,以及潜在的优化领域。
1:实验设计与方法选择:
采用固相反应法合成名义组成为x=0、2.5、5、7.5和10 mol%的BaTi1-xNixO3陶瓷样品。将高纯度BaCO3、TiO2和NiO粉末按化学计量比混合后球磨8小时,随后在1100°C下煅烧12小时。将所得粉末通过单轴液压机压制成圆片状坯体,并在1350°C下烧结4小时。
2:5和10 mol%的BaTi1-xNixO3陶瓷样品。将高纯度BaCOTiO2和NiO粉末按化学计量比混合后球磨8小时,随后在1100°C下煅烧12小时。将所得粉末通过单轴液压机压制成圆片状坯体,并在1350°C下烧结4小时。 样品选择与数据来源:
2. 样品选择与数据来源:使用CuKα辐射(1.54 ?)的X射线衍射仪(XRD)表征镍掺杂BaTiO3烧结圆片的物相形成与晶体结构,采用Fullprof软件套件对X射线数据进行Rietveld精修。
3:54 ?)的X射线衍射仪(XRD)表征镍掺杂BaTiO3烧结圆片的物相形成与晶体结构,采用Fullprof软件套件对X射线数据进行Rietveld精修。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:X射线衍射仪(PANalytical X'PERT Pro MPD)、TF分析仪2000(德国aixACCT公司)、高分辨率Alpha A分析仪(德国Novocontrol公司)、超导量子干涉仪(SQUID,美国Quantum Design公司)、直流电磁铁及Alpha A分析仪(德国Novocontrol公司)、SR830双相锁相放大器(美国SRS公司)。
4:实验流程与操作步骤:
电学测量前将烧结圆片双面抛光并涂抹银浆。使用TF分析仪2000在10 Hz频率下进行铁电滞回线测量。介电性能研究采用高分辨率Alpha A分析仪在1Vrms电压下测试102-106 Hz频率范围。样品磁化滞回(M-H)测量使用SQUID完成。磁电耦合(MD)测量通过直流电磁铁和Alpha A分析仪在10 kHz下进行。磁电系数记录为施加直流磁场(Hdc)至6 kOe的函数(叠加赫姆霍兹线圈产生的1 Oe交流磁场,频率1 kHz),感应磁电电压通过SR830双相锁相放大器记录。
5:数据分析方法:
采用Rietveld精修方法解析BTNO陶瓷的晶体结构与相变过程。
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