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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- BFO/NiCuZn鐵電鐵磁復(fù)合材料的制備、結(jié)構(gòu)及性能研究
- 小類：
- 能源化工
- 簡(jiǎn)介：
- 多鐵性材料以其優(yōu)異的耦合協(xié)同效應(yīng)，滿足了電子元器件的小型化、多功能化。因而，鐵酸鉍/鎳銅鋅鐵氧體復(fù)合材料體系具備了突出的研究?jī)r(jià)值。本文通過對(duì)其制備工藝的探索、顯微結(jié)構(gòu)及性能的分析得到：復(fù)合材料由BFO和NiCuZn兩相有機(jī)組成，且在有效減小前者弱鐵磁性對(duì)其使用性能負(fù)面影響的同時(shí)，彌補(bǔ)了后者低介電常數(shù)的劣勢(shì)。結(jié)論可對(duì)快速信息存儲(chǔ)設(shè)備等相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展起到積極的促進(jìn)作用。
- 詳細(xì)介紹：
- 多鐵性材料不僅有單一的鐵性（如鐵電性、鐵磁性和鐵彈性），而且由于鐵性的耦合協(xié)同作用，會(huì)產(chǎn)生磁電效應(yīng)等一些新的效應(yīng)，使其可用于制備全新的快速信息存儲(chǔ)設(shè)備，有望將存儲(chǔ)設(shè)備的讀寫速度提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。因此在信息產(chǎn)業(yè)具有巨大潛在應(yīng)用價(jià)值。此外還可用于傳感、驅(qū)動(dòng)及智能系統(tǒng)等多個(gè)領(lǐng)域。本論文則旨在探索同時(shí)具有鐵電相和鐵磁相的多鐵性復(fù)合材料系統(tǒng)。 論文就多鐵性復(fù)合材料的制備工藝、顯微結(jié)構(gòu)及性能等問題進(jìn)行深入的研究，并選取了目前鮮有人涉足的鐵酸鉍（BiFeO3）-鎳銅鋅（NiCuZn）鐵氧體復(fù)合材料體系。通過水熱法探索并制備多鐵性材料鐵酸鉍和鐵磁材料鎳銅鋅鐵氧體粉體，并以固相法將其按不同摩爾比進(jìn)行復(fù)合，進(jìn)一步通過不同溫度燒結(jié)特性的研究確定700℃為最佳燒結(jié)溫度，利用XRD、VSM、阻抗分析儀等儀器對(duì)晶體結(jié)構(gòu)、磁性能、介電性能等進(jìn)行表征及分析。 結(jié)果表明：所得復(fù)合材料均由BiFeO3和NiCuZn鐵氧體兩相組成，且材料中隨著BiFeO3含量的增加，其磁導(dǎo)率顯著降低而截止頻率卻有所提高，相對(duì)介電常數(shù)也逐漸增強(qiáng)。同時(shí)復(fù)合材料的飽和磁化強(qiáng)度和矯頑力的大小均隨之發(fā)生了顯著的變化。這樣減小了BiFeO3弱的鐵磁性對(duì)其使用性能的負(fù)面影響，彌補(bǔ)了NiCuZn鐵氧體低介電常數(shù)的劣勢(shì)，對(duì)材料實(shí)際應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)起到了推動(dòng)作用。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 作品撰寫目的：論述BFO/NiCuZn鐵電鐵磁復(fù)合材料的制備工藝和性能檢測(cè)手段，分析相關(guān)數(shù)據(jù)得到材料各性能指標(biāo)，闡述此材料的發(fā)展前景。 基本思路：一、介紹相關(guān)材料體系和研究方法的發(fā)展沿革和現(xiàn)狀； 二、詳細(xì)敘述材料的制備工藝； 三、闡述材料性能測(cè)試原理和具體方法； 四、分析材料的結(jié)構(gòu)和部分性能； 五、得到相關(guān)結(jié)論并闡述其改進(jìn)意見和應(yīng)用前景。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 復(fù)合材料的獨(dú)特性能已經(jīng)吸引了多鐵性材料研究者的極大關(guān)注，并得到了廣泛的認(rèn)可。而具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的BiFeO3作為多鐵性單相材料的熱門研究對(duì)象之一，和具有較高磁性能的鐵磁材料NiCuZn鐵氧體的復(fù)合將是一全新的且切實(shí)可行的嘗試，在顯示兩者各自優(yōu)異性能的同時(shí)，可以相互彌補(bǔ)各自在鐵磁和鐵電性能上的不足，以滿足材料在優(yōu)異多鐵性能上的要求。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 鐵電鐵磁復(fù)合材料根據(jù)其磁電效應(yīng)，有望設(shè)計(jì)電場(chǎng)控制的磁數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元器件，代替當(dāng)前存儲(chǔ)器件，使得計(jì)算機(jī)讀寫速度提高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。在傳感、驅(qū)動(dòng)、存儲(chǔ)及智能系統(tǒng)等高技術(shù)領(lǐng)域?qū)⒄紦?jù)主導(dǎo)地位。 在微波領(lǐng)域、高壓輸電線路的電流測(cè)量、寬波段磁探測(cè)等領(lǐng)域也有著廣泛的用途。尤其是微波器件、高壓電輸送系統(tǒng)的電磁泄露對(duì)人體的健康有很大影響，因此對(duì)它們的精確測(cè)量顯得非常重要，而鐵電鐵磁復(fù)合材料也可在此方面發(fā)揮作用。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 多鐵性材料不僅有單一的鐵性，而且由于鐵性的耦合協(xié)同作用，會(huì)產(chǎn)生磁電效應(yīng)等一些新的效應(yīng)，可用于制備全新的快速信息存儲(chǔ)設(shè)備，有望將存儲(chǔ)設(shè)備的讀寫速度提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。本論文則旨在探索同時(shí)具有鐵電相和鐵磁相的多鐵性復(fù)合材料系統(tǒng)。 論文就多鐵性復(fù)合材料的制備工藝、顯微結(jié)構(gòu)及性能等問題進(jìn)行深入的研究，并選取了目前鮮有人涉足的鐵酸鉍（BiFeO3）- 鎳銅鋅（NiCuZn）鐵氧體復(fù)合材料體系。通過水熱法探索并制備多鐵性材料鐵酸鉍和鐵磁材料鎳銅鋅鐵氧體粉體，并以固相法將其按不同摩爾比進(jìn)行復(fù)合，進(jìn)一步通過不同溫度燒結(jié)特性的研究確定700℃為最佳燒結(jié)溫度，利用XRD、VSM、阻抗分析儀等儀器對(duì)晶體結(jié)構(gòu)、磁性能、介電性能等進(jìn)行表征及分析。 結(jié)果表明：所得復(fù)合材料均由BiFeO3和NiCuZn鐵氧體兩相組成，且材料中隨著BiFeO3含量的增加，其磁導(dǎo)率顯著降低而截止頻率卻有所提高，相對(duì)介電常數(shù)也逐漸增強(qiáng)。同時(shí)復(fù)合材料的飽和磁化強(qiáng)度和矯頑力的大小均隨之發(fā)生了顯著的變化。這樣減小了BiFeO3弱的鐵磁性對(duì)其使用性能的負(fù)面影響，彌補(bǔ)了NiCuZn鐵氧體低介電常數(shù)的劣勢(shì)，對(duì)材料實(shí)際應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)起到了推動(dòng)作用。
獲獎(jiǎng)情況
- 無
鑒定結(jié)果
- 無
參考文獻(xiàn)
- 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復(fù)合陶瓷的相轉(zhuǎn)變及鐵電性的研究） 2、段星.多鐵性材料的研究進(jìn)展[J].中國陶瓷，2009，45(3)：7-9 3、陳德順，丘其春，熊茂仁.混合燒結(jié)磁電復(fù)合材料的研究[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)，1996，24(3)：111-115 4、熊鋼，楊衛(wèi)明.磁電復(fù)合材料的研究進(jìn)展[J].咸寧學(xué)院報(bào)，2004，24(6):75-77 5、巫建功.磁電復(fù)合材料的制備及其介電性能的研究[D].西安：陜西師范大學(xué)，2009 6、陳世釵，賈利軍. PZT-NiCuZn鐵氧體復(fù)合雙性材料電磁性能研究[D].成都：電子科技大學(xué)，2009 7、齊西偉，周濟(jì)，岳振星.鐵電/鐵磁復(fù)合材料的磁性能和介電性能的研究[J].電子元件與材料，2003，4：3-5
同類課題研究水平概述
- 自從上世紀(jì)60年代BiFeO3被發(fā)現(xiàn)以來，國內(nèi)外在實(shí)驗(yàn)和理論上都進(jìn)行了大量的研究，相對(duì)其他鐵磁電材料，BiFeO3無論在理論上還是實(shí)驗(yàn)上的研究都是較為成熟的。因其具有較高的居里溫度和尼爾溫度，具有更大的實(shí)用可能性，相對(duì)于其他鐵磁電材料應(yīng)用范圍也更廣，但現(xiàn)在主要還存在漏電流大、磁電耦合小等方面的缺陷。同樣，鐵磁體的研究也較為成熟，但是應(yīng)用方面稍顯不足。于是將鐵電體和鐵磁鐵復(fù)合，發(fā)揮各自優(yōu)異性能，成為了加快兩者實(shí)際應(yīng)用的一種重要途徑。 鐵電鐵磁復(fù)合材料起步較晚，經(jīng)過持續(xù)的發(fā)展，已不斷涌現(xiàn)出眾多新的制備方法，且原有的制備方法也不斷得到改善。但是制備工藝上由于技術(shù)的限制，往往不能保證鐵電和鐵磁材料不能形成完全互溶固溶體。因此必須在探索新的制備工藝或改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上力求減少宏觀缺陷，提高復(fù)合材料的致密度，進(jìn)一步提高磁電耦合系數(shù)，改善復(fù)合材料的磁電性能。 由于磁電鐵電復(fù)合材料同時(shí)具有磁電性、鐵電性及磁電效應(yīng)，因此在微型傳感器、微電子機(jī)械系統(tǒng)器件和高密度信息存儲(chǔ)器等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。多鐵性材料的研究者們針對(duì)不同的材料體系、運(yùn)用不同的制備方法作出了眾多的嘗試，目前的任何一種做法都還或多或少地存在著自身的不足之處，難以成功地應(yīng)用于實(shí)際生活。我們所選擇的BFO/NiCuZn鐵電鐵磁復(fù)合材料體系則再次開辟出一條新的道路，希望通過不斷探索合成的復(fù)合陶瓷材料同時(shí)具有鐵電相和鐵磁相，對(duì)外同時(shí)呈現(xiàn)鐵電性和鐵磁性，繼而衍生出一系列優(yōu)異的性能，盡快實(shí)現(xiàn)此類材料的廣泛應(yīng)用。
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