静电纺丝制备Bi5Ti3FeO15纳米纤维及其性能研究

静电纺丝制备Bi5Ti3Fe015纳米纤维及其性能研究目录绪论1、实验背景及研究方法.1.1研究背景和意义1.1.1研究背景1.1.2研究意义.21.2纳米纤维的制备.21.2.1实验原料...212.2静电纺丝法原理312.3制备流程.32、Bi5Ti3FeO15的性能研究..32.1微观结构..42.2铁电性与热稳性..52.3磁性与铁电性结论….6参考文献7致谢.8摘要铋层状结构的氧化物是种非常重要的铁电材料，这种材料具有许多突出的特点，例如比较高的居里温度、大的自发极化、极化对温度的稳定性、较低的介电损耗，良好的抗疲劳性等，而这些性能与特性都是建立在该类材料特殊结构之上，使得其在高温传感器等领域具有非常广泛的应用价值。同时多铁性材料自旋电子器件、传感器、存储器这些领域应用非常的广泛，这是因为其同时具有铁磁性、铁电性等等多种特性。Bi5Ti3Fe015是一种性能极其优异的秘层多铁材料，这种材料有着许许多多的优点，但诸如铁磁性不足等缺点也一定程度限制了其应用性。本文通过静电纺丝法制备了直径大约为400纳米的Bi5Ti3Fe015(BTF)多铁纳米纤维(NFs)。结果表明该类材料具有良好微观铁电性和压电性。【关键词】Bi5Ti3Fe015:静电纺丝法；多铁材料：铋层状结构氧化物2AbstractBismuth layered oxide is a very important ferroelectric material,this material has many outstandingcharacteristics,such as relatively high Curie temperature,large spontaneous polarization,stability ofpolarization to temperature,low dielectric loss,good fatigue resistance,etc.,and these properties andcharacteristics are based on the special structure of this type of material,making it has a very wide range ofapplications in the field of high temperature sensors.Bi5Ti3FeO15 is a kind of bismuth layer multiferroicmaterial with excellent performance,which has many advantages,but the shortcomings such as insufficientferromagnetism also limit its applicability to some extent.In this paper,Bi5Ti3FeO15 (BTF)multiferroicnanofibers (NFs)with a diameter of about 400 nm were prepared by electrostatic spinning method.Theresults show that these materials have good microscopic ferroelectricity and piezoelectricity.Key words BiSTi3FeO15;Electrostatic spinning method;Multi-iron material;Bismuth oxide withlayered structureIII绪论现在在数字化和信息化科技催化下，多功能材料研究成果日益增多，主要是因为现在科研生产及一般生活中对电子器件要求和标准在不断提高，新型多铁材料的研发进展，也使得在对微观材料学方面的探索越来越深入，对微观结构与性能的的了解也越来越与应用挂钩，这些也促进了多功能材料的研究工程蓬勃发展。同样是在最近几年，因为自旋电子学的持续的发展，这所以种发展也推动了磁存贮器与传感器贡献了飞速的长足发展。促使下一代自学信号处理可以提供多种功能以满足需求，这同时也为未来信息技术和电子器件的研发设定了更加齐全更加创新的新型标准奠定了基础。这些原因共同推动着多铁材料研发进步。1994年，Hans Schmid对外公开发表了自身对多铁材料探索的成果，并对其概念进行了阐述，其中对多铁原料的定义，就是认为其中存在着较多的基本铁基材料，一般情况下至少需要包括两种及以上，该类材料具有诸多不同基本铁性能，典型的如铁电性或铁磁性等等。因此如果将该类型材料放置于磁场环境下或作用中，就会出现耦合现象，这是因为其中的贴性能能够实现事实上的同时存在，使得该类型材料能够极大扩充其应用性，为信息存储器件、磁性传感器等的研发打开了更大自由度空间。目前研究界已经高度重视该类材料发展前景，并持续不断投入研发。1、实验背景及研究方法1.研究现状BisTi3Fe01s是Aurivi11ius结构的化合物，在高温时为四方相，室温下空间群为A21am,经过实验所实验测定得到该材料的两种相变适宜的温度分别是833K和1023K。这种新型的钙钛矿层状结构的单相多铁性材料可以理解为或者看作是三层的铋系钙钛矿结构的铁电材料Bi4Ti3012和特别经典的多铁性材料BiF03在原子层次上堆叠重复排列而形成的。铁电性的BT0主要是一种半导体材料，而BF0具有较为不错铁磁性，因而该材料在实际应用方面有着不小的潜在价值，还由于其同时具有优良的半导体特性、半导体性以及铁磁性。该材料由类钙钛矿层以及铋氧层(Bi202)2+在晶轴的c方向上交错间隔排列而成。这种材料拥有内在的铁电性能，这是因为其所含的(B202)2+离子拥有着空间电荷库和绝缘层，这些特性也就使得BisTi3Fe01s具有了一定的铁电性。但是由于其的磁性相比较而言不够强，而BT0相比较而言没有磁性，因为这些原因，还必须改善和提高其铁磁实际性能，这样才能使得BT℉能够更好的在实际生活中被应用，为日常生活带来革新，这一性质又引起了我国不少科研工作者对这一材料的高度关注，该材料的发展的速度也是日益增长。在2008年我国取得了不小的突破，南京大学的刘俊明教授等人对BT℉陶瓷材料的深入研究，通过不断的实验总结最后成功地得到了低温下的磁电容效应，但是美中不足的是这类铋层状硫化物具有选择比较良好的铁电性，这也就导致了它并没有比较很明显的铁磁性，出于实际使用的需要，我们还需对其进行参杂改性的方法来提高材料的实际性能。一般材料的摻杂物理改性可分为三种，分别是A位参杂、B位摻杂以及A、B位共同摻杂。对于BTF中的Fe3+,有Co3+、Cr3+和M3+等比较方便取代，因为Co元素单质在于就具有室温下拥有铁磁性，或者说相关氧化物在室温下也经常会出现这种性质。另一方面，我们还可以用半径和性质与B3+相似的碱金属和镧系元素来替代其中的B3+,如此，问题就被解决了部分。过了一年的时间也就是到了2009年，扬州大学的毛翔宇等人采用传统玻璃工艺烧结