多铁性BiFeO3一维纳米结构的水热制备及性能表征

单相多铁性材料具有潜在的应用前景和重要的理论研究价值，成为近年来的研究热点之一。本项目以室温下同时具有铁电性和反铁磁性的BiFeO3为主要研究对象，采用磁场水热法，即在水热反应的同时施加磁场，制备高结晶度的一维纳米结构。研究磁场在BiFeO3水热反应过程中的作用及其对BiFeO3形貌的影响。对得到的不同形貌的纳米BiFeO3，研究其磁性能、电性能和纳米形状之间的关系。以实验为主，结合理论分析，揭示多铁性材料磁、电在一维纳米结构中的特征，加深对多铁性纳米材料认识，促进多铁性材料的应用。

多铁性材料BiFeO3由于具有高的铁电居里温度和高的反铁磁奈尔温度，是近年来研究的热点材料之一。本项目研究水热环境下BiFeO3的生长机理、形貌演化过程、及其对物性的影响，具体包括：通过调控水热条件得到了大尺寸多面体BiFeO3颗粒，包括片状、球状、截角八面体、立方体和截角立方体等，进一步改进实验条件，获得了表面光滑20μm的立方颗粒，并对大尺寸多面体BiFeO3颗粒的形貌演变及形成机理进行了详细讨论，所得样品有明显的磁性和铁电性；高温XRD和差热分析表明，立方铁酸铋颗粒在370°C以下为六角钙钛矿结构，空间群R3c，370°C–755°C为菱面扭曲钙钛矿结构，空间群为R3m，755°C–817°C为菱方相和立方相共存；从817°C开始，完全转变为立方相铁酸铋；直到930°C分解为液相；在施加磁场情况下，有助于拓宽BiFeO3反应条件，施加磁场越大，获得的颗粒越小，其催化性能越强，磁性能增强，且合成了准一维BiFeO3柱状晶粒。另外，结合实验室优势，研究了磁性和反铁电复合材料的磁电特征，研究了Rosen变压器和Terfenol-D复合材料的逆磁电效应变化规律，获得很高的逆磁电系数。