摻雜鑭與鐠對鐵酸鉍陶瓷電性與磁性的影響

陳智群(Jhih-cyun Chen)

指導教授 ： 吳振名

國立清華大學/工學院/材料科學工程學系/碩士(2007年)

https://doi.org/10.6843/NTHU.2007.00093

摘要

本實驗利用化學共沉法可在800℃燒結可得到純相鐵酸鉍（BiFeO3）塊材，並摻雜鑭與鐠且觀察其性質，摻雜的成分為Bi0.8La0.2-xPrxFeO3(x=0, 0.05, 0.15, 0.2)，在摻雜量20%時可以從XRD觀察到晶體結構的轉換，由菱形晶轉變為扭曲的正方晶，且從SEM影像可以觀察到摻雜使得鐵酸鉍的晶粒變小，且鐠的摻雜在高溫燒結並沒有觀察到晶粒明顯成長。在室溫且頻率為1 MHz下的介電常數以摻雜鑭20%為最大，隨著鐠含量增加而漸減，但都比鐵酸鉍來得高，而介電損失以摻雜鐠20%有最低的值，在I-V量測發現摻雜鑭與鐠並無改善鐵酸鉍的漏電流。在不同溫度下量測其介電性質，鐵酸鉍在高溫時主要因為傳導損失造成介電常數增加，摻雜鑭與鐠皆使得發生介電鬆弛現象，利用介電損失的峰值求出鬆弛活化能，由結果得知摻雜鐠含量增加，鬆弛活化能也增加。而從阻抗分析的結果，可推論摻雜使得介電鬆弛的原因是因為晶粒與晶界的電阻值差異，造成所謂的介面極化效應，使得有介電鬆弛現象的發生，同時也解釋了介電峰值的產生是由於傳導損失和空間電荷在不同頻率貢獻所造成。極化曲線可觀察出摻雜鑭可使鐵酸鉍的鐵電性改善，而從磁化曲線則得知鑭與鐠的添加使鐵酸鉍的磁結構改變，使磁化量增加，而摻雜鐠含量增加，磁性也大為增加。

關鍵字

鐵酸鉍 ； 複鐵式材料 ； 化學共沉法

參考文獻

[1] B. Jaffe, W.R. cook, and H. Jaffe, “Piezoelectric ceramics”, Academic Press, New York, P50 (1971)

[3] S. Hoshino, Y. Mitsui, F. Jona, and R. Pepinsky, “Dielectric and Thermal Study of Tri-Glycine Sulfate and Tri-Glycine Fluoberyllate”, Phys. Rev. B, 107,1255 (1957)

[4] A. J. Moulson and J. M. Herbert, “Electroceramics, materials, properties and applications”, p52-55 and p61-62 (1990)

[6] Nicola A. Hill, “Why are ther so few magnetic ferroelectrics?”, J. Phys. Chem. B, 104, 6694-6709 (2000)

[8] Manfred Fiebig, “Revival of the magnetoelectric effect”, J.Phys.D: Appl.Phys.38 R123-152 (2005)