Tb掺杂LaMnO_3材料的电输运与介电性能研究

Ｔｂ掺杂ＬａＭｎＯ３材料的电输运与介电性能研究

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张开拓１，郑　舒１，张营堂２

（１　河南机电高等专科学校电气工程系，新乡４５３０００；２　陕西理工学院材料学院功能材料研究所，汉中７２３００３）摘要 采用固相反应法制备了Ａ位掺杂的Ｌａ０．９５Ｔｂ０．０５ＭｎＯ３（ＬＴＭＯ）钙钛矿材料。研究了ＬＴＭＯ的电输运性能、磁性能以及介电性能。结果表明，ＬＴＭＯ表现出半导体电输运特性，其磁序结构表现出类自旋玻璃行为，而其介电性能在１００Ｋ附近表现出弛豫特性，当温度高于１００Ｋ时ＬＴＭＯ介电常数ε′随温度的升高几乎不变化，表现出介电常数的高温稳定性。

关键词 Ｌａ０．９５Ｔｂ０．０５ＭｎＯ３　电输运特性　类自旋玻璃　介电弛豫中图分类号：ＴＢ３４ 文献标识码：Ａ

Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ａｎｄ　Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ　Ｔｂ　Ｄｏｐ

ｅｄ　ＬａＭｎＯ３ＺＨＡＮＧ　Ｋａｉｔｕｏ１，ＺＨＥＮＧ　Ｓｈｕ１，ＺＨＡＮＧ　Ｙｉｎｇｔａｎｇ

２

（１　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｈｅｎａｎ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｘｉｎｘｉａｎｇ　

４５３０００；２　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＦｕｎｃｔｉｏｎａｌ　Ｍａｔｅｒｉａｌ，Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａａｎｘｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｚｈｏｎｇ　

７２３００３）Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　ｂｕｌｋ　ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ　Ｌａ０．９５Ｔｂ０．０５ＭｎＯ３（ＬＴＭＯ）ｗｅｒｅ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ　ｂｙ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｓｏｌｉｄ－ｓｔａｔｅ　ｒｅａｃｔｉｏｎ．Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ，ｍａｇｎｅｔｉｃ　ａｎｄ　ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｗｅｒｅ　ｅｘａｍｉｎｅｄ．ＬＴＭＯ　ｅｘｈｉｂｉｔｓ　ｓｅｍｉｃｏｎ－ｄｕｃｔｏｒ，ａｎｄ　ｉｔｓ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ａｒｅ　ｓｐｉｎ－ｇｌａｓｓ　ｌｉｋｅ　ｂｅｈａｖｉｏｒ．Ｉｔ　ｐｏｓｓｅｓｓｅｓ　ｔｈｅ　ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ　ａｔ　ｌｏｗｅｒ　１００Ｋ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅ　ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｒｅｍａｉｎ　ａｌｍｏｓｔ　ｕｎｃｈａｎｇｅｄ　ａｔ　ｈｉｇ

ｈｅｒ　１００Ｋ．Ｋｅｙ　

ｗｏｒｄｓ Ｌａ０．９５Ｔｂ０．０５ＭｎＯ３，ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔ，ｓｐｉｎ－ｇｌａｓｓ　ｌｉｋｅ　ｂｅｈａｖｉｏｒ，ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ　＊陕西省教育厅专项科学研究项目（

１２ＪＫ０９５３）；电力设备电气绝缘国家重点实验室开放课题（ＥＩＰＥ１１２０７）　张开拓：

１９７８年生，硕士，实验师，研究方向为电缆材料及其测试　Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｋｔ８００９＠１６３．ｃｏｍ 近年来，

钙钛矿结构的锰氧化物及其薄膜因其表现出的奇特电输运性能、

磁性能、介电性能和光性能而备受人们关注［１－４］。当Ｓｒ２＋和Ｃａ２＋

部分取代ＬａＭｎＯ３（ＬＭＯ）的Ａ位离子时，出现了金属－绝缘体转变，同时在转变点附近也发现了巨磁电阻效应［５－７］

。另外，ＴｂＭｎＯ３表现出的磁电耦合特性也引起了人们的广泛兴趣［８，９］

。但由于ＴｂＭｎＯ３的磁电耦合

温度很低，制约了ＴｂＭｎＯ３体系的研究和应用，

人们一直试图提高ＴｂＭｎＯ３的磁电耦合温度［１０］。本实验利用等价Ｔｂ３＋

取代ＬａＭｎＯ３中的Ｌ

ａ３＋

，研究体系的电输运性能、磁性能以及介电性能。

１　实验

采用传统固体反应法（陶瓷烧结法）制备ＬＴＭＯ陶瓷材料，成功制备出单相的ＬＴＭＯ材料样品，ＬＴＭＯ样品的制备过程的具体工艺流程为：

（１）原料选择与处理。实验所用原料Ｌａ２Ｏ３、ＭｎＯ２和

Ｔｂ２Ｏ７均为分析纯（

纯度９９．９９％）。为保障化学计量比准确，称量前将易吸潮的Ｌａ２Ｏ３放于烘箱中烘干（９００℃、２ｈ）。（２

）配料。根据计算好的化学配比，用电子天平称取化学粉末并置于预先准备好的球磨罐中。

（３

）混合。将称量好的原料放入研磨皿，进行混合研磨，每个样品每次研磨６ｈ以上，

为了使其混合均匀，另外在研磨过程中一定小心，不让原料损失，防止成分偏差。

（４

）预烧。将磨好的样品用模具压制成块，放入低温炉中预烧，温度在９００～１０００℃，恒温１２ｈ，最后随炉冷却至室温。

（５）粉碎。将预烧合成后的样品放入研磨皿研磨６ｈ以上，反复３次预烧、研磨过程。（６）成型。把第４次研磨好的原料用千斤顶压成直径３ｃｍ的圆片。

（７）烧结。烧结是通过一定的高温处理过程，使成型的坯体发生预期的物理化学反应和充分致密化，形成所需的化学组成和微观结构，得到具有所要求的物理化学性能陶瓷的全过程。在１３００℃左右烧结２４ｈ，

即可获得单相多晶陶瓷。利用Ｘ射线衍射仪测试样品的ＸＲＤ谱图，采用Ｃｕ靶，管压３０ｋＶ，管流２０ｍＡ，扫速８（°）／ｍｉｎ，扫描范围１０～８０°，步长０．０８°

。采用四点法测量样品的电输运性能。首先对样品表面进行打磨处理，并用酒精进行清洗，使表面保持清洁平整；用铟在样品表面制作４个电极；在液氮的条件下，冷却样品到液氮温区；而后在慢慢升温过程中测量电阻－温度（Ｒ－Ｔ）曲线。

通过带场冷（ＦＣ）和零场冷（ＺＦＣ）两种测量模式在超导量子干涉仪（ＳＱＵＩＤ）

系统中测量样品的直流磁化率曲线。·

５１１·Ｔｂ掺杂ＬａＭｎＯ３材料的电输运与介电性能研究

／张开拓等