气悬浮技术制备RFeO3体系及其相关物理特性研究(2)
Keywords: perovskite compounds; RFeO3; magnetic properties; air suspension technology
目录
1文献综述..1
1.1前言.1
1.2RFeO3的晶体结构..1
1.3RFeO3晶体的性能.2
1.3.1磁性2
1.3.2RFeO3的铁电性..3
1.4RFeO3的应用.5
1.5RFeO3的制备方法..5
1.5.1溶胶凝胶法制备RFeO3粉体.5
1.5.2水热法制备RFeO3粉体6
1.5.3光学浮区法生长晶体..7
1.6实验目的和意义..8
2实验部分..8
2.1实验方法..8
2.1.1无容器悬浮凝固技术（原理、特点、优势）.8
2.1.2气悬浮系统9
2.2原料及试剂.9
2.3实验设备和仪器10
2.4实验方案11
2.4.1原料配比计算11
2.4.2操作过程..11
2.4.3气悬浮技术流程..12
2.4.4测试手段..13
3结果与讨论..15
3.1XRD物相分析15
3.1.1Fe2O3-R2O3体系相图分析..15
3.1.2不同组分xSm2O3-(100-x)Fe2O3物相分析..16
3.2SmFeO3陶瓷球的显微结构25
3.3SmFeO3磁性分析.26
4结论..26
致谢.28
参考文献.29
1 文献综述 1.1 前言 作为一种重要的磁功能材料，正交钙钛矿结构 RFeO3(R 为稀土元素)稀土铁氧体具有独特的磁性能，在稀土铁氧体中发现的激光诱导超快自旋重取向和多铁、磁电材料的发现，使稀土铁氧体成为凝聚态和材料物理中研究的热点。高质量的RFeO3晶体制备，成为现代磁光和光磁研究的一个重要需求。 钛矿结构的 RFeO3 化合物，因为它晶体结构具备对称性，所以被大家认为是非铁电性物质。不过最近的很多材料试验研究发现，这种材料在很低的温度，甚至是在室温下都能被诱导出铁电性，这是和以前人们普遍认为只有正负离子发生相对位移而产生电极化位移的铁电铁是不一样的。所以很多人开始研究为什么RFeO3可以诱导出铁电性，后来发现 RFeO3的磁结构对 RFeO3铁电性的产生有很重要的影响。铁性材料因为具备多重铁性，如铁磁、铁电、铁弹以及铁漩涡。现在的电子元器件如何使用这类材料还在研究之中，的确如果研究出来，应用前景非常广泛的。 现在已经报道出来的的多铁性材料有很多，其中主要是复合多铁性材料和单相多铁性的材料。由于多铁性的形成机制不同，这里面的单相多铁材料可以分为以下几类：正负离子复合多铁性；还有一种是孤电子对导致的多铁性，例如BiFeO3；还有一种是同种磁性有序的晶格发生畸变而导致的多铁性，就像吹冰角晶格的 YMnO3，以及电荷有序引发的电子铁电性等。但是考虑到很低的温度下引诱出来的铁电性材料不适合实际应用，所以有这点出发，很多研究人员将研发出室温铁电性作为终极目标。然而上述所提到的材料 BiFeO3的铁电相变发生在室温之上，还有它的磁性相变也是发生在室温之上。不过还好，最近在具备正交钙钛矿结构的反铁磁化合 RFeO3中也发现了这种铁电性，其中 R 是一些稀土或者钇原子，例如SmFeO3，DyFeO3等，进而对这一类化合物的研究加深了，因为这一类化合物可能成为室温下可以使用的铁电性材料。 1.2 RFeO3的晶体结构 RFeO3 构型为畸变钙钛矿型结构，属于正交晶系，所属空间群为 pnma 或pnmb（为了表示方便。本文统一采用 pnma来表示该类化合物的结构，即 b轴为长轴方向）。图 1.1A 给出了 RFeO3单胞构型图，所包含的 20 个原子可分为四类，除4个Fe原子和4个R原子以外， 12个氧原子根据配位方式分为两种类型，其中4个为 4配位，它们分别与 2个Fe原子和 2个R 原子相键连；其余 8个为5配位，它们分别与 2 个Fe原子和3个R 原子相结合。 与理想钙钛矿结构相同，Fe原子为吹冰配位。即与周围 6个氧原子组成八面体结构； 对于 R 原子，由于构型畸变显著，导致其配位数由理想钙钛矿结构中的 12减少到8。 根据相邻 Fe 原子成单电子的不同取向，RFeO3化合物存在多种可能的磁结构，本工作主要对其中两种典型的磁分布，即 F型和G型进行研究,如图 1.2。对于 F 型，所有 Fe 原子的成单电子均自旋同向；对于 G 型，每个 Fe 原子与其最近邻的 6 个 Fe 原子成单电子取向相反．由上述未配对电子取向分布可知，F 型对应于铁磁性FM(ferromagnetic)结构。 G型对应于反铁磁AFM(anti． ferromagnetic)构型[1]。