双位取代对单相多铁性BiFeO3陶瓷材料结构和性能的影响(5)
(5)压片：将研磨后的粉末装入模具中压制成片状或块状。随着成型压强的增大，粉粒之间间距缩小，粉粒之间的作用力增强，从而使坯体具有一定的机械强度，但在成型过程中并非压强越大越好，相反压强过大反而有可能导致坯体分层，烧结后易破裂;
(6)烧结：将压好的片状样品再次置于密闭的钳锅内，放置于箱式高温电炉中，在空气下进行二次烧结，从而制得合格的样品。
1.2.3 BiFeO3材料的研究现况
BiFeO3是目前为止唯一同时在室温以上表现出铁电性和磁性的非多相／复合多铁性材料，这使得BiFeO3在磁存储介质方面有着极其重要的应用前景，可能成为一种集铁电材料和铁磁材料优点于一身的新型记忆材料。一旦研制成功，极有可能取代现在通用的单晶硅，成为制造计算机芯片的新材料，并且在性能上有制得飞跃。因此，对BiFeO3的研究也就成为多铁性材料研究领域的一个热点，吸引了众多科学家来探索多铁性材料的合成及其多铁性质物理机制的研究。
但是BiFeO3的研究与实用化依然面对这许多困难。首先，由于BiFeO3的合成及稳定存在的温度范围非常窄，而且组分中铋在高温下易挥发，因此单相的BiFeO3材料通常难以制备，其产物中大多伴随有Bi2Fe4O9等杂相。其次，BiFeO3材料的宏观磁性及其微弱，无法观测到本征的磁电耦合效应，其宏观电磁性能几乎与非此物质无异。
为了改善BiFeO3的实际应用性能和前景，目前许多科研工作者都在致力于对BiFeO3的性能和制备的改善工作。这些研究的方向主要在于改善BiFeO3材料的化学组分和优化BiFeO3材料的结构。改善化学组分的方法主要是在BiFeO3材料中参杂其他元素。对于ABO3型钙钛矿结构的强关联体系来说，由于结构决定了其物性，A位离子和B位离子的元素替代可实现对其结构的调整，并最终达到改变性能的目的[15]。对于铁电体材料来说，过渡族金属离子的替代可以有效地改善其铁电性。对于BiFeO3的取代改性的研究目前主要有三个方向，A位取代、B位取代和A+B位共取代。元素取代对BiFeO3材料的改性是比较明显和有效地，但是对于不同的取代元素和取代形式，其原理和机制都不经相同。目前已知钴参杂能够有效的抑制BiFeO3材料在制备过程中杂相的产生[16]，而钇和镧等稀土元素的而取代可以很好地提高BiFeO3材料的室温磁性能[17]。
（1）A位取代：主要使用的元素有稀土元素La和Nd，以及Ca、Sr、Ba、Pb等碱土元素。La和Nd等稀土元素的离子半径与Bi的差别不大，并且都是正3价离子（La3+ 150pm、Nd3+ 141pm、Bi3+130pm），所以可以轻易的取代Bi，同时还不回引起空位、间隙原子等缺陷。稀土元素取代能够有效地降低BiFeO3材料中的漏电流，进而提高其铁电性能，或者破坏BiFeO3材料旋调制结构以增强磁性能，亦或是引起BiFeO3材料由菱方到低对称相的结构相变。总之，不同稀土元素对BiFeO3材料的A位取代的机理和效果都不经相同，但对改善和提高BiFeO3材料的使用性能都要很大的作用。对于Ca、Sr、Ba、Pb等碱土元素来说，二价碱土金属元素的取代可以有效抑制BiFeO3的自旋螺旋调制，而且磁性能的提高随掺杂阳离子半径的增大而变得越明显，这一结论在Khomchenk等人的研究中有详尽的论述[18]。（2）B位取代：改性大致可以分为两个大的方向：第一，采用高价态的非磁性离子（Nb5+，V5+和Ti4+）替代Fe3+离子，以期减小BiFeO3的漏电流密度，改变Fe2+离子的浓度，进而改善BiFeO3的铁电性。第二，采用磁性粒子（Co3+，Cr3+，Mn3+等）替代Fe3+离子。根据Zhang等人[19]的研究，Co取代能够破坏BiFeO3原来的G型反铁磁有序，最终变为亚铁磁有序，进而明显地改善其磁性。
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