钨青铜结构铁铌酸盐陶瓷中氧空位的调控及其对性能的影响

Oxygen vacancy plays a very important role on the structure and physical properties of iron niobate ceramics with filled tungsten bronze structure. In this project, the structure, microstructures and physical properties of Ba4Ln2Fe2Nb8O30(Ln=La，Nd，Sm，Eu) ceramics are systematically investigated. Ceramic samples with different concentration of oxygen vacancy are prepared by sintering/annealing at different atmosphere and forming non-stoichiometric compounds of Ba4Ln2Fe2+xNb8-xO30-x（0≤x≤2）. The effects of concentration, form and position of oxygen vacancy on the structure, commensurate/incommensurate super-structure, domain structure, dielectric, ferroelectric and magnetic properties are investigated to reveal the important role of oxygen vacancy. The concentration, form and position of oxygen vacancy are adjusted by sintering/annealing at different atmosphere and forming non-stoichiometric compounds to modify the dielectric, ferroelectric and magnetic properties of Ba4Ln2Fe2Nb8O30(Ln=La，Nd，Sm，Eu) ceramics. The present work will lead to deep understanding the defect chemistry, dielectric and ferroelectric theory of filled tungsten bronze compounds and provide a new method for properties modification.

氧空位对充满型钨青铜结构铁铌酸盐的结构演变和性能变化有着非常重要的影响。本项目拟在系统研究Ba4Ln2Fe2Nb8O30(Ln=La，Nd，Sm，Eu)陶瓷的制备、结构与性能的基础上，通过不同气氛烧结、热处理和形成非化学计量化合物等方法制备具有不同浓度氧空位的陶瓷样品，重点研究氧空位的浓度、形态（散乱空位、空位簇或空位链等）和分布（OI、OII或OIII位置）对结构和介电、铁电、磁性等性能的影响，观察氧空位变化对公度非公度超结构及电畴结构的影响，弄清其影响规律及微观作用机制，并探索通过氧空位的调控实现其性能调控的新方法。本项目的开展，可深入理解氧空位在钨青铜铁铌酸盐的介电铁电行为、磁性产生和结构演变中的重要作用，丰富钨青铜化合物的缺陷理论及介电铁电理论，在离子置换之外为充满型钨青铜结构化合物的结构和性能调控提供一条新的途径，对相关材料的研究产生巨大的推动作用。

氧空位对充满型钨青铜结构铁铌酸盐的结构演变和性能调控有着非常重要的影响。本项目通过不同气氛烧结、热处理和形成非化学计量化合物等方法制备了具有不同氧空位浓度的陶瓷样品，系统地研究了氧空位的浓度和分布对其结构、公度/非公度调制、介电、铁电、磁性等性能的影响，弄清了铁电性调控的微观作用机制。.在四方钨青铜结构Ba4Ln2Fe2Nb8O30(Ln=Nd, Eu)多铁性陶瓷材料中，空气中烧结的样品在经过氧气氛热处理后，铁电性明显降低；氧气中烧结得到的样品经过氮气氛热处理后，铁电极化则明显增强。这种可逆的铁电极化增强被证明与氧空位诱导产生的公度调制氧八面体倾斜有关。氧空位的存在影响了氧八面体微观结构，促进了八面体的公度倾斜调制，使得铁电性得到了增强。在非化学计量比Ba4Nd2Fe2+xNb8-xO30-x (x=0,0.1,0.3,0.5)陶瓷材料中，随着x的增大，样品中的氧空位浓度明显增大。且相比烧结与热处理过程中产生的氧空位，非化学计量比配料法产生的氧空位浓度极高。氧空位形成团簇，从而对铁电畴产生钉扎或破坏，陶瓷从铁电性转变为顺电性。.本项目通过改变烧结/热处理气氛，或者非化学计量比配料，调控样品中氧空位的浓度与分布，从而实现调控样品的铁电性能，为寻找新型的强铁电性室温多铁性材料提供了新的方向。