Глава 2. Экспериментальные результаты и их обсуждение

2.1. Образцы и методика измерения

В последнее десятилетие большое усилие было сделано в отношении синтеза и получение мультиферроиков на основе BiFeO₃. Тем не менее, среди большого количества опубликованных работ есть еще много споров, которые, в основном, из-за трудностей в подготовке и характеристике BiFeO₃ материалов. Опубликованные фазовые диаграммы для системы Bi₂O₃-Fe₂O₃ показывают противоречивые результаты. Синтез чистойфазы BiFeO₃ является сложным и обычно приводит к наличию некоторого количества вторичных фаз. Паразитные фазы ведут к противоречивым результатам и плохо воспроизводимым свойствам.

НаночастицыBFO получают различными методами, такими как метод сгорания нитрата глицина, золь-гель метод, метод сгорания лимонной кислоты и др. Последние исследования были сосредоточены на разработке новыхструктур, таких, как, одно- нуль- и двумерных наноструктур BiFeO₃. Самыми удобными методами для получения наночастицсчитаются вариациизоль-гель метода. Эти методы позволяют синтезировать частицы размером от менее 15 нмдо болеечем 100 нм. НаночастицыBFO с диаметром порядка 62 нм или меньше (длина волны спирали модулированный спиновой структуры), показывают сильное зависящие от размера свойства.

НанопорошокBFOбыл синтезирован методом сжигания нитрат-органическихпрекурсоров в НОЦ «Нанотехнолоргии» физического факультета ДГУ. В смеси водных растворов нитрата висмута Bi(NO₃)₃ и нитрата железа Fe(NO₃)₃, взятых в равных молярных соотношениях, добавлялись глицин и азотнаякислота. Полученные растворы выпаривалисьдо плотности 1,14-1,16 и нагревались до температуры вспышки. В результате вспышки синтезировалсянанопорошок, содержащийнанокристаллыBFO.

Дифракционный анализ и оценка дисперсности нанопорошка проводились на дифрактометреPANalyticalEmpyreanseries 2.На рис. 8 представлены результаты ретгеновской дифракции (XDR)исходного и отоженного при различных температурах (в течение одного часа) нанопорошка, где пики индексированы на основе гексагональной структуры (PAN–ICSD). Анализ дифрактограммы исходного нанопорошкаи показали, что он представляет собой агломераты нанокристаллов (частиц)BFOсо средним размером 35 нм, вкрапленных в аморфную фазу.

Исходныйнанопорошок поэтапно прокаливался при температурах 500^оС, 600^оС, 700^оС и 800^оС. После каждого прокаливания проводились исследования структуры (см. рис.8б -8в) порошка. Как следует из рис. 8, в области температур 600^оСв нанопорошке из аморфной фазы зарождаются и рекристаллизуются кристаллы Bi₂Fe₄O₉. Наблюдаемый на дифрактограмме при 28 град пик распадается на несколько пиков, а в области 33-36 град появляются новые пики, интенсивность которых возрастает с повышением температуры прокаливания.

Рис 8 показывает, что полная ширина на половине максимума пика для BFO уменьшается по мере увеличения температуры отжига, указывая на увеличение размера частиц. Средние размеры частиц, оцененные по формуле Шеррера, составляют примерно 40нм, 55 нм, 70 нм, 80 нм и 90 нм для исходного порошка ипосле прокалки при температурах 500^оС, 600^оС, 700^оС и 800^оС, соответственно. При этом аморфная фаза практически исчезает. Тем не менее, эти размеры частиц являются приемлемыми для оценки размерных эффектов в BFO.

Проведены исследования комплексной диэлектрической проницаемости и проводимости в интервале температур 20^оС - 450^оСна частотах 1кГц – 10 МГц. Измерения емкости (С), коэффициента диэлектрических потерь (D) и активной проводимости (G) проводились с использованием змерителяLCR-78110G фирмы «GoodWillInstrumentCo». Образцы имели форму плоских конденсаторов с электродами из серебряной пасты.

Рис. 8. Дифрактограммынанопорошка феррит висмута: a) синтезирован при (500°C); b) после прокаливания при 600°C; c) после прокаливания при 700°C и d) после прокаливания при 800°C в течение часа.