《多鐵性材料的高頻介電回響機制研究》是依託哈爾濱工業大學，由柯華擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：多鐵性材料的高頻介電回響機制研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：柯華
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目從高頻介電回響的視角對多鐵性材料（塊體、薄膜）中與鐵電、鐵磁性能關聯的多種物理現象進行研究。充分考慮到前期的工作基礎，採用化學的方法合成單相多鐵性材料和以單相磁性相、層狀鈣鈦礦化合物（稀土摻雜鈦酸鉍鹽和鉭酸鍶鉍）為鐵電相的復相多鐵性材料。主要從以下幾個方面考察多鐵性材料中的鐵電、鐵磁效應與高頻介電回響機制的關聯：第一、考查多鐵性材料的微觀結構、晶界（界面）應力、缺陷、晶粒大小及分布與高頻介電回響之間的對應關係；第二、研究鐵電、鐵磁性能以及磁電耦合與高頻介電回響機制的關聯；第三、研究多鐵性材料的鐵電-順電轉變、鐵磁-順磁轉變、各種極化/磁化機制與高頻介電回響之間的聯繫；第四、研究外場（電場、磁場）作用下，多鐵性材料的高頻介電回響行為的變化；從而拓展對多鐵性材料中的鐵電、鐵磁基本物理現象的認識，深入理解各種極化/磁化機制在磁電耦合中的作用。
結題摘要
該項目採用溶膠凝膠工藝和勻相化學共沉澱方法製備了單相多鐵性材料和磁性相/層狀鈣鈦礦化合物（稀土摻雜鈦酸鉍鹽和鉭酸鍶鉍）復相多鐵性材料。研究了合成工藝中各種控制因素對多鐵性材料的微觀結構、晶界（界面）應力、缺陷、晶粒大小的影響規律。從合成熱力學的角度結合Bi2O3-Fe2O3相圖及實驗結果分析得出在多鐵性BiFeO3單相合成中的關鍵控制Bi組元揮發，解決了合成單相BiFeO3中易產生雜質相的問題。在最佳化工藝基礎上得到了BiFeO3多鐵性陶瓷、Nd摻雜的鈦酸鉍(Bi4Ti3O12)/鐵酸鈷(CoFe2O4)復相陶瓷、鉭酸鍶鉍(SrBi2Ta2O9)/BiFeO3復相薄膜。純相BiFeO3陶瓷晶粒呈等軸狀，尺寸0.5～2μC。得到的BiFeO3陶瓷具有微弱的磁性和鐵電性。氧氣BiFeO3陶瓷燒結樣品，1kHz～5MHz頻率範圍內損耗在0.03以下，相對介電常數為64。復相多鐵陶瓷組成相無中間相的產生，表現出優異的鐵電鐵磁綜合性能及磁電耦合性能。BiFeO3納米顆粒在10與100kHz下的介電溫譜測試表明：介電常數實部隨著溫度的升高存在50–280℃ (233℃)以及280–380℃ (330℃)兩個反常峰。隨著測試頻率的升高，ε'數值降低，330 ℃附近ε'峰值對應的溫度Tm移向高溫，介電常數實部反常峰變寬揭示了的介電常數ε'對應於介電弛豫效應。同時330℃的反常峰的溫度在BiFeO3鐵磁相變點附近，對應於BiFeO3中反鐵磁向鐵磁相變。在BiFeO3陶瓷中，高頻區介電常數的反常增加與Fe二價離子和三價離子之間的躍遷及本徵缺陷(氧空位)存在關聯。超高頻介電性能測試表明，BiFeO3樣品在15GHz附近存在一個介電弛豫回響，具有過阻尼振動特徵，揭示了與BiFeO3電疇運動有關。Ta摻雜後樣品在12.5和14.6GHz附近表現出兩個共振型介電回響，並且在14.6GHz附近的共振峰強度隨著Ta摻雜含量的增加而減弱，揭示了Ta摻雜取代改變了BiFeO3鐵電疇的運動過程。基於以上具體研究，展開了微觀結構、晶界應力、缺陷與高頻介電回響之間的關聯討論；鐵電、鐵磁性能與高頻回響之間的關係，磁電耦合（加外場）與介電回響之間關係，通過此項目研究拓展了對磁電耦合現象的認識。
