《含鉍的複雜氧化物體系中新型多鐵性材料的開發研究》是依託重慶大學，由楊韜擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：含鉍的複雜氧化物體系中新型多鐵性材料的開發研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：楊韜
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
多鐵性材料是當前凝聚態物理和材料學的熱點研究領域，尤其是在室溫下同時具有鐵電性和鐵磁性的材料是人們追逐的焦點。本項目的研究即是有針對性地在含Bi3+的複雜氧化物體系中尋找新型多鐵性材料。近年來人們期望在磁阻挫體系中尋找具有較大磁電耦合作用的多鐵性材料。申請人在前期的研究中首次發現了複雜氧化物BiMnFe2O6，通過粉末X-射線衍射確定其晶體結構屬於新的氧化物結構類型，具有強烈的磁阻挫效應，且在212K出現非公度螺旋型磁結構。本項目的研究一方面是對BiMnFe2O6進行摻雜以期使之表現出多鐵性，並通過多樣化的合成手段尋找其同構化合物，另一方面是利用含有孤對電子的Bi3+在結構化學方面的特異性，研究含Bi3+的多元金屬相圖體系，尋找新的化合物甚至新的結構類型，並期望得到室溫下的多鐵性材料。
結題摘要
本項目計畫以含Bi的氧化物為研究對象，通過固體化學的方法尋找新化合物，研究並開發具有多鐵性的材料。本項目的初始立足點是在負責人前期發表的BiMnFe2O6化合物基礎上，通過摻雜進行離子價態的調節進而調控其磁結構，最終實現磁誘導的電極化。事實上，我們通過研究發現BiMnFe2O6是一個新穎但非常特殊的結構類型，雖然可以接受較多種類型的離子摻雜，包括鹼金屬、鹼土金屬、稀土離子、過渡金屬等，但是摻雜量較小，因此在常壓合成條件下難以實現從反鐵磁性到鐵磁性的轉變，另外其半導體性也阻礙其表現出鐵電性。具體而言，我們確定了BiMnxFe3-xO6固熔區間為0.9 ≤ x ≤ 1.3；通過Ca2+對Bi3+的摻雜，迫使部分Mn3+成為Mn4+，通過Mn3+-O-Mn4+鐵磁性雙交換的引入使得樣品在室溫條件下呈現弱鐵磁性。由於原計畫出現較大難點，因此我們提出研究與原計畫相關的一些體系，包括：對含Bi的氧化物半導體Bi2Ga4O9進行Fe離子摻雜，實現在可見光條件下催化分解純水；通過Pb和Fe離子摻雜，調控準一維體系SbCrSe3的電輸運和熱傳導行為，最終最佳化其熱電優值，並通過聲子譜的計算解釋其超低晶格熱傳導的機理；發現二維層狀體系Cr2Ge2Te6本徵的優異熱電行為，通過分析提出在二維體系中尋找高對稱性結構，有希望獲得高的功率因子以及低的熱傳導，達到超高熱電優值的思路；對一類極性結構體系（俗稱“114”氧化物）的離子體積大小和成鍵的調控，研究其對稱性的演變規律，為今後在此極性體系中實現鐵電和鐵磁做必要的知識儲備。總體而言，我們在項目執行期內努力按照原計畫進行對含Bi的複合氧化物研究，尤其是對BiMnFe2O6的各種結構調控，但是無法達到預期目標，因此在剩餘的時間內將研究內容拓展至含Bi的半導體材料，甚至不含Bi的熱電型金屬間化合物，以及極性“114”氧化物結構對稱性隨離子和成鍵變化的演變規律。本項目堅持以固體化學為研究方法，將結構和性能的關係作為研究主線，獲得了不錯的研究結果。
