理想0-3型铁磁/铁电纳米复合材料的创新制备与性能研究

铁磁/铁电复合材料不仅具有单一材料的铁磁、铁电等各种性能，而且由于铁性的耦合协同作用，还会产生新的磁电效应，使其在多态信息储存器、新型记忆介质等方面具有巨大的应用前景。本项目以BaTiO3作为铁电相、以NiFe2O4、CoFe2O4、La0.7Ca0.3MnO3、La0.7Sr0.3MnO3作为铁磁相的复合体系为研究对象，采用高分子网络凝胶法制备核(铁磁相)/壳(铁电相)结构磁电纳米复合粉体，用复合粉体制备铁磁相颗粒均匀分散在铁电相基体中的理想0-3型颗粒磁电复合陶瓷，以实现铁磁相颗粒在纳米尺度上与铁电相复合，并获得良好的复合界面，提高二者之间的乘积相互作用，进而获得高的磁电效应。研究材料的可控制备，系统地研究材料结构（晶体结构、显微结构和电子结构）、铁磁、铁电及磁电效应特性，寻找微结构与磁电耦合效应的内在关联机制。基于实验数据，建立0-3型颗粒磁电复合结构模型，研究磁电耦合机制。

采用聚丙烯酰胺凝胶法开展了包括YMn2O5、YMnO3、BiFeO3、TbFeO3、TbMnO3、Bi2Fe4O9、CoFe2O4、NiFe2O4、BaTiO3、SrTiO3、La0.7Sr0.3MnO3、La0.7Ca0.3MnO3等各种新型功能材料纳米颗粒的制备。研究了络合剂、pH值、丙烯酰胺/双丙烯酰胺的比例等实验参数对纳米颗粒的纯度、颗粒形貌、平均颗粒尺寸的影响；通过调节实验参数制备出了不同粒度的纳米颗粒。利用TG-DSC、FTIR、XRD、SEM、TEM、紫外-可见漫反射光谱、荧光光谱等各种方法研究了制得纳米颗粒的晶体结构、电子结构、显微形貌、成分等。对制得纳米颗粒的铁磁性、铁电性及光催化性能进行了系统研究，获得许多有意义的结果。. 采用聚丙烯酰胺凝胶法制备出具有核-壳结构的(1−x)La0.7Ca0.3MnO3(LCMO)/xMgO系列复合粉体，将制得的复合粉体压片、烧结，制备出0-3型(1−x)LCMO/xMgO复合材料，系统研究了其晶体结构、显微结构及磁电输运特性。结果发现，通过改变MgO的含量x可以调控两相之间的晶格失配对LCMO纳米颗粒产生的应力效应、以及LCMO磁性颗粒之间的自旋隧穿效应，从而实现对其磁电输运特性的调控。. 采用聚丙烯酰胺凝胶法制备出核-壳结构的CoFe2O4/BaTiO3、NiFe2O4/BaTiO3纳米复合粉体，将制得的复合粉体压片、烧结，制备出0-3型的CoFe2O4/BaTiO3、NiFe2O4/BaTiO3纳米磁电复合材料。对制得复合材料的结构、微结构、铁磁性、铁电性等进行了系统的研究。同时，与清华大学合作，对制得复合材料的磁电性能进行了研究，观察到了明显的磁电效应，同时也观测到了常规复合材料所不具有的新现象，如磁电开关效应。根据获得数据，初步提出磁电耦合的物理模型。相关研究成果正在进一步整理当中。. 受本项目资助，已完成并发表研究论文25篇，其中19篇为SCI杂志，6篇在EI期刊发表，另外，有多项相关研究成果正在整理发表当中。研究成果获得甘肃省高校科技进步一等奖（2010年）、三等奖（2012年）各1项。参加国际学术会议4次，邀请4名相关研究领域的国内知名专家来课题组进行学术指导。培养硕士研究生13名，其中已经毕业6名，联合培养博士研究生1名。