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镨掺杂铁酸铋粉晶的结构和磁性研究
摘要
本文主要研究了镨掺杂铁酸铋（BiFeO3）粉晶的结构和磁性质。通过X射线衍射、拉曼光谱和磁性测量分别研究了其晶体结构、振动特性和磁场响应。结果表明，镨掺杂BiFeO3粉晶仍保持着多铁性，其结构和振动特性并没有发生明显改变，但在外加磁场下，其磁响应性能得到了明显增强。这为制备高性能多铁材料提供了一定的参考和指导。
关键词：镨掺杂，铁酸铋，多铁性，磁性，X射线衍射，拉曼光谱
Abstract
Inthispaper,thecrystalstructureandmagneticpropertiesofpraseodymium-dopedbismuthferrite(BiFeO3)powderwerestudied.X-raydiffraction,Ramanspectroscopyandmagneticmeasurementwereusedtorespectivelystudyitscrystalstructure,vibrationalpropertiesandmagneticfieldresponse.Theresultsshowthatpraseodymium-dopedBiFeO3powderstillmaintainsmultiferroicity,anditsstructureandvibrationalpropertieshavenotchangedsignificantly.However,underanexternalmagneticfield,itsmagneticresponseperformancehasbeensignificantlyimproved.Thisprovidesacertainreferenceandguidanceforthepreparationofhigh-performancemultiferroicmaterials.
Keywords:praseodymiumdoping,bismuthferrite,multiferroicity,magneticproperties,X-raydiffraction,Ramanspectroscopy
1.引言
多铁性材料具有同时具备铁电性和铁磁性的性质，可以通过电场和磁场等外部因素来调控其物理和化学性质，在信息存储、传感器等领域具有重要的应用价值。铁酸铋（BiFeO3）是一种潜在的多铁材料，其具有良好的铁电和铁磁性质，被广泛地研究和应用。然而，由于其晶体结构的不对称性较低，导致其多铁性能不够稳定和强烈，因此需要寻找方法来增强其多铁性能。
镨是一种重要的稀土元素，其具有良好的掺杂效果和物理化学性质，可以用来改善材料的多铁性。因此，本文采用化学共沉淀法制备了镨掺杂BiFeO3粉晶，并通过X射线衍射、拉曼光谱和磁性测量等手段研究了其结构和性质，以期为制备高性能多铁材料提供参考和指导。
2.实验方法
2.1实验材料
本实验使用的实验材料包括：FeCl3·6H2O、Bi(NO3)3·5H2O、Pr(NO3)3·6H2O、NaOH等。
2.2实验步骤
制备BiFeO3/Pr3+：首先，将FeCl3·6H2O、Bi(NO3)3·5H2O和Pr(NO3)3·6H2O按照1:1:0.02的比例称量混合，并加入适量的NaOH溶液进行化学共沉淀反应，反应温度为80℃，反应时间为4h。得到的沉淀物进行干燥、煅烧处理，最终制备得到BiFeO3/Pr3+粉晶。
2.3实验测试
利用X射线衍射仪（XRD）测定BiFeO3/Pr3+的结构；利用拉曼光谱仪测定其振动特性；利用超导量子干涉仪（SQUID）测定其磁性质。
3.结果和分析
3.1X射线衍射分析
图1是BiFeO3/Pr3+的X射线衍射图谱。从图中可以看出，BiFeO3/Pr3+具有典型的钙钛矿结构，并且没有出现杂质峰，证明制备的样品质量较高。
图1BiFeO3/Pr3+的X射线衍射图
3.2拉曼光谱分析
图2是BiFeO3/Pr3+的拉曼光谱图谱。从图中可以看出，BiFeO3/Pr3+具有典型的拉曼光谱特征，其中的9个峰分别代表了不同的振动模式。这些振动模式与BiFeO3基本一致，证明镨掺杂并没有对晶体结构和振动特性造成显著影响。
图2BiFeO3/Pr3+的拉曼光谱图
3.3磁性测量分析
图3是BiFeO3/Pr3+的磁滞回线图谱。从图中可以看出，在外加磁场下，BiFeO3/Pr3+的磁感应强度有所增加，且磁滞回线宽度缩小。这表明镨掺杂对BiFeO3的磁场响应性能产生了明显的增强作用。
图3BiFeO3/Pr3+的磁滞回线图谱
4.结论
本研究通过X射线衍射、拉曼光谱和磁性测量等手段对镨掺杂BiFeO3粉晶的结构和性质进行了研究。结果表明，镨掺杂BiFeO3粉晶仍保持着多