基本信息
- 项目名称：
- BFO/NiCuZn铁电铁磁复合材料的制备、结构及性能研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 多铁性材料以其优异的耦合协同效应，满足了电子元器件的小型化、多功能化。因而，铁酸铋/镍铜锌铁氧体复合材料体系具备了突出的研究价值。本文通过对其制备工艺的探索、显微结构及性能的分析得到：复合材料由BFO和NiCuZn两相有机组成，且在有效减小前者弱铁磁性对其使用性能负面影响的同时，弥补了后者低介电常数的劣势。结论可对快速信息存储设备等相关领域的发展起到积极的促进作用。
- 详细介绍：
- 多铁性材料不仅有单一的铁性（如铁电性、铁磁性和铁弹性），而且由于铁性的耦合协同作用，会产生磁电效应等一些新的效应，使其可用于制备全新的快速信息存储设备，有望将存储设备的读写速度提高一个数量级。因此在信息产业具有巨大潜在应用价值。此外还可用于传感、驱动及智能系统等多个领域。本论文则旨在探索同时具有铁电相和铁磁相的多铁性复合材料系统。 论文就多铁性复合材料的制备工艺、显微结构及性能等问题进行深入的研究，并选取了目前鲜有人涉足的铁酸铋（BiFeO3）-镍铜锌（NiCuZn）铁氧体复合材料体系。通过水热法探索并制备多铁性材料铁酸铋和铁磁材料镍铜锌铁氧体粉体，并以固相法将其按不同摩尔比进行复合，进一步通过不同温度烧结特性的研究确定700℃为最佳烧结温度，利用XRD、VSM、阻抗分析仪等仪器对晶体结构、磁性能、介电性能等进行表征及分析。 结果表明：所得复合材料均由BiFeO3和NiCuZn铁氧体两相组成，且材料中随着BiFeO3含量的增加，其磁导率显著降低而截止频率却有所提高，相对介电常数也逐渐增强。同时复合材料的饱和磁化强度和矫顽力的大小均随之发生了显著的变化。这样减小了BiFeO3弱的铁磁性对其使用性能的负面影响，弥补了NiCuZn铁氧体低介电常数的劣势，对材料实际应用的实现起到了推动作用。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 作品撰写目的：论述BFO/NiCuZn铁电铁磁复合材料的制备工艺和性能检测手段，分析相关数据得到材料各性能指标，阐述此材料的发展前景。 基本思路：一、介绍相关材料体系和研究方法的发展沿革和现状； 二、详细叙述材料的制备工艺； 三、阐述材料性能测试原理和具体方法； 四、分析材料的结构和部分性能； 五、得到相关结论并阐述其改进意见和应用前景。
科学性、先进性及独特之处
- 复合材料的独特性能已经吸引了多铁性材料研究者的极大关注，并得到了广泛的认可。而具有钙钛矿结构的BiFeO3作为多铁性单相材料的热门研究对象之一，和具有较高磁性能的铁磁材料NiCuZn铁氧体的复合将是一全新的且切实可行的尝试，在显示两者各自优异性能的同时，可以相互弥补各自在铁磁和铁电性能上的不足，以满足材料在优异多铁性能上的要求。
应用价值和现实意义
- 铁电铁磁复合材料根据其磁电效应，有望设计电场控制的磁数据存储元器件，代替当前存储器件，使得计算机读写速度提高一个数量级以上。在传感、驱动、存储及智能系统等高技术领域将占据主导地位。 在微波领域、高压输电线路的电流测量、宽波段磁探测等领域也有着广泛的用途。尤其是微波器件、高压电输送系统的电磁泄露对人体的健康有很大影响，因此对它们的精确测量显得非常重要，而铁电铁磁复合材料也可在此方面发挥作用。
学术论文摘要
- 多铁性材料不仅有单一的铁性，而且由于铁性的耦合协同作用，会产生磁电效应等一些新的效应，可用于制备全新的快速信息存储设备，有望将存储设备的读写速度提高一个数量级。本论文则旨在探索同时具有铁电相和铁磁相的多铁性复合材料系统。 论文就多铁性复合材料的制备工艺、显微结构及性能等问题进行深入的研究，并选取了目前鲜有人涉足的铁酸铋（BiFeO3）- 镍铜锌（NiCuZn）铁氧体复合材料体系。通过水热法探索并制备多铁性材料铁酸铋和铁磁材料镍铜锌铁氧体粉体，并以固相法将其按不同摩尔比进行复合，进一步通过不同温度烧结特性的研究确定700℃为最佳烧结温度，利用XRD、VSM、阻抗分析仪等仪器对晶体结构、磁性能、介电性能等进行表征及分析。 结果表明：所得复合材料均由BiFeO3和NiCuZn铁氧体两相组成，且材料中随着BiFeO3含量的增加，其磁导率显著降低而截止频率却有所提高，相对介电常数也逐渐增强。同时复合材料的饱和磁化强度和矫顽力的大小均随之发生了显著的变化。这样减小了BiFeO3弱的铁磁性对其使用性能的负面影响，弥补了NiCuZn铁氧体低介电常数的劣势，对材料实际应用的实现起到了推动作用。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- 1、T.-H. Wang, et al., Phase transition and ferroelectric properties of xBiFeO3-(1-x)BaTiO3 ceramics, Current Applied Physics (2011), doi:10.1016/j.cap.2011.01.037 （xBiFeO3-(1-x)BaTiO3复合陶瓷的相转变及铁电性的研究） 2、段星.多铁性材料的研究进展[J].中国陶瓷，2009，45(3)：7-9 3、陈德顺，丘其春，熊茂仁.混合烧结磁电复合材料的研究[J].华南理工大学学报，1996，24(3)：111-115 4、熊钢，杨卫明.磁电复合材料的研究进展[J].咸宁学院报，2004，24(6):75-77 5、巫建功.磁电复合材料的制备及其介电性能的研究[D].西安：陕西师范大学，2009 6、陈世钗，贾利军. PZT-NiCuZn铁氧体复合双性材料电磁性能研究[D].成都：电子科技大学，2009 7、齐西伟，周济，岳振星.铁电/铁磁复合材料的磁性能和介电性能的研究[J].电子元件与材料，2003，4：3-5
同类课题研究水平概述
- 自从上世纪60年代BiFeO3被发现以来，国内外在实验和理论上都进行了大量的研究，相对其他铁磁电材料，BiFeO3无论在理论上还是实验上的研究都是较为成熟的。因其具有较高的居里温度和尼尔温度，具有更大的实用可能性，相对于其他铁磁电材料应用范围也更广，但现在主要还存在漏电流大、磁电耦合小等方面的缺陷。同样，铁磁体的研究也较为成熟，但是应用方面稍显不足。于是将铁电体和铁磁铁复合，发挥各自优异性能，成为了加快两者实际应用的一种重要途径。 铁电铁磁复合材料起步较晚，经过持续的发展，已不断涌现出众多新的制备方法，且原有的制备方法也不断得到改善。但是制备工艺上由于技术的限制，往往不能保证铁电和铁磁材料不能形成完全互溶固溶体。因此必须在探索新的制备工艺或改进现有技术的基础上力求减少宏观缺陷，提高复合材料的致密度，进一步提高磁电耦合系数，改善复合材料的磁电性能。 由于磁电铁电复合材料同时具有磁电性、铁电性及磁电效应，因此在微型传感器、微电子机械系统器件和高密度信息存储器等方面具有广阔的应用前景。多铁性材料的研究者们针对不同的材料体系、运用不同的制备方法作出了众多的尝试，目前的任何一种做法都还或多或少地存在着自身的不足之处，难以成功地应用于实际生活。我们所选择的BFO/NiCuZn铁电铁磁复合材料体系则再次开辟出一条新的道路，希望通过不断探索合成的复合陶瓷材料同时具有铁电相和铁磁相，对外同时呈现铁电性和铁磁性，继而衍生出一系列优异的性能，尽快实现此类材料的广泛应用。
