0.7BiFeO3-0.3BaTiO3陶瓷中极化翻转产生的巨电卡效应增加及Mn4+离子掺杂对其介电、铁电性能的影响

作者：汤卉; 牛翔; 杨志朋; 彭小草; 赵小波; 姚英邦; 陶涛; 梁波; 唐新桂; 鲁圣国^*

来源：Acta Physica Sinica, 2022, 71(14): 286-295.

• 铁电体
• 介电损耗
• 电卡效应

BiFeO3 (BFO)作为反铁磁性和铁电性共存的多铁性材料,其饱和极化强度理论值大于100μC/cm2,居里温度为830℃,具有较强的电卡效应.但是由于BFO高温烧结过程中Bi2O3易挥发,铁离子易变价,导致BFO中缺陷较多,漏电流较大,其铁电特性难以发挥出来.虽然采用与BaTiO3 (BTO)等氧化物铁电体形成固溶体的方法可以减小漏电流,但是漏电流和高介电损耗问题仍然存在.本文试图通过添加锰离子到BFO-BTO固溶体的方法解决这一问题.采用传统的高温固相反应法制备了0.7BiFeO3-0.3BaTiO3+x%MnO2 (BFO-BTO+x%MnO2,其中x%为质量分数)陶瓷,研究了MnO2掺杂对BFO-BTO固溶体的微观结构、介电和铁电性能的影响.值得注意的是, BFO-BTO+x%MnO2样品测试结果证明少量掺杂MnO2能降低BFO-BTO陶瓷的介电损耗和漏电流,这是由于掺杂Mn4+补偿氧空位浓度所致.另外, 0.7BFO-0.3BTO+0.5%MnO2陶瓷在100 k V/cm时的最大极化强度达到50.53μC/cm2.最后利用热电偶直测法测试了BFO-BTO+x%MnO2陶瓷的电卡效应,发现极化翻转方法能使BFO-BTO+x%MnO2陶瓷的电卡效应翻倍增大,其中x=0样品从0至–30 k V/cm的变化与30 k V/cm至0的电场变化相比,增大近8倍,并且证实该方法同样适用于多晶一级相变铁电体.

• 单位
  广东工业大学