1、多鐵性材料，由于其同時具有鐵磁有序、鐵電有序或鐵彈有序而且它們之間在一定溫度范圍內存在磁電耦合的特性，因此，它們在信息存儲、自旋電子設備以及傳感器等方面都頗具發(fā)展?jié)摿?，特別是在新型的四態(tài)存儲器方面具有誘人的應用前景，并且此類材料中具有非常有價值的物理研究意義。在所有的單相多鐵性材料中，同時具有鐵電性和反鐵磁性的BiFeO3材料由于具有高的鐵電居里溫度(TC~830℃)、反鐵磁尼爾溫度(TN~370℃)和比較高的自發(fā)極化值(~100μC·

2、cm-2)而成為首選的可以在室溫下應用的磁電材料。因此，BiFeO3成為目前研究的熱點材料。自從上個世紀60年代 BiFeO3被發(fā)現(xiàn)以來，關于其結構和特性的研究報道很多，就其應用而言，仍有幾個難點需要攻克。為了適應電路集成的需求，合成溫度要求在一定溫度以下；由于BiFeO3高溫熱力學不穩(wěn)定性，在合成過程中，避免形成Bi25FeO39和Bi2Fe4O9第二相，單相BiFeO3的制備仍是一個挑戰(zhàn)；BiFeO3的漏電流問題以及螺旋磁結構導致其

3、室溫宏觀磁性的消失；為了未來存儲器件達到更高的運算速度，目前GHz頻段的性能研究顯得格外重要。
　　本文的工作正是針對上述存在的問題展開的，主要研究內容有：
　　通過一種簡單的乙二醇基溶膠凝膠法使 BiFeO3合成溫度降低到450℃，加入乙酰丙酮穩(wěn)定劑后，合成溫度進一步降低到400℃，并對其中的化學反應過程以及由干凝膠到最終完全晶化的BiFeO3進行了詳細的研究，BiFeO3形成的化學方程式為 Bi2O2CO3+Fe2O32

4、BiFeO3+CO2。另外，溶膠凝膠法合成了 BiFe1-xTaxO3粉體樣品，通過控制水解聚合平衡反應，獲得了均勻穩(wěn)定的溶膠。
　　BiFeO3納米顆粒表現(xiàn)出明顯的磁性尺寸效應，磁性隨著顆粒尺寸的減小而增強，這種不同于塊體材料反鐵磁行為的鐵磁性質主要是由于隨著顆粒尺寸的減小，比表面積增大，在顆粒表面的長程反鐵磁有序被破壞程度增大，表面未飽和自旋對顆粒的總磁矩的貢獻增大，本征周期長度為~62nm的螺旋磁結構遭到部分壓制。另一個原因

5、是在小顆粒中表面各向異性對磁行為起主要作用，表面應力各項異性可能也導致了所觀察到的弱磁行為。Ta摻雜導致 BiFeO3樣品磁性提高了一個數(shù)量級，矯頑力和交換偏置場明顯降低，磁性的提高主要是由于摻雜后的晶格畸變引起 FeO6八面體的傾斜釋放了鎖定在周期螺旋磁結構中的潛在磁矩以及Fe2+離子與Fe3+離子的分布。330℃的介電反常說明 BiFeO3納米顆粒中存在鐵電和磁性之間的耦合效應。BiFeO3樣品在15GHz附近存在一個介電弛豫響應，

6、應該是和過阻尼振動聯(lián)系在一起的；Ta摻雜后樣品在12.5和14.6GHz附近表現(xiàn)出兩個共振型介電響應，并且14.6GHz附近的共振峰強度隨著 Ta摻雜含量的增加而減弱，共振響應應該是和阻尼振動聯(lián)系在一起的。BiFeO3納米顆粒表現(xiàn)出可逆鐵電相變，鐵電相變溫度為827℃。
　　采用溶膠凝膠旋涂法在Pt/Ti/SiO2/Si基片上制備了(100)擇優(yōu)取向的BiFeO3薄膜和SrBi2Ta2O9/BiFeO3/SrBi2Ta2O9三明治

7、結構薄膜，合適的基底熱處理工藝(600℃,10min)、層層晶化熱處理工藝、低的溶膠濃度、臨界薄膜厚度以下是獲得高(100)擇優(yōu)取向BiFeO3薄膜的前提。SrBi2Ta2O9/BiFeO3/SrBi2Ta2O9三明治結構的層狀復合薄膜中，無任何雜質相存在，SrBi2Ta2O9緩沖層并沒有改變 BiFeO3薄膜(100)擇優(yōu)取向結構，薄膜表面晶化很好、致密、晶粒大小均勻、表面光滑，截面整齊連續(xù)、為獲得優(yōu)良的鐵電、磁性能提供保障。

8、　　采用溶膠凝膠(乙二醇基溶膠凝膠法和檸檬酸硝酸鹽法)制備得到粉體作為初始材料，經(jīng)過冷等靜壓成型、無壓燒結得到塊體陶瓷，研究了BiFeO3陶瓷的高溫熱力學穩(wěn)定性以及試圖制備單相陶瓷的方法，進一步觀察晶粒的生長和陶瓷中的缺陷。檸檬酸硝酸鹽法制備BiFeO3粉體時，由于檸檬酸為絡合物的溶膠容易形成二聚物化合物，導致凝膠中Bi-Fe異質形核排列不能作為主要的形核方式，Bi、Fe元素在凝膠中分布不均勻，燒結的陶瓷中BiFeO3、Bi2Fe4O9