La掺杂调控溶胶-凝胶法合成BiFeO3物理性能的综合研究：从结构畸变到多铁性优化

本文推荐研究者通过溶胶-凝胶法（Sol-Gel）成功制备La掺杂BiFeO3（BFO），系统揭示了La含量（5%-10%）对材料结构（XRD/Raman）、介电（dielectric）、光学（UV-Vis）及铁电（ferroelectric）性能的调控机制。研究表明，La掺杂可显著抑制次级相（22.43%→2.90%），减小晶粒尺寸（483→255 nm），提升带隙（2.35→2.61 eV），并优化非德拜传导行为（non-Debye），为多功能器件开发提供新材料基础。

　　

Highlight

材料使用

实验采用Bi(NO₃)₃·5H₂O（纯度98.5%）、Fe(NO₃)₃·9H₂O（98%）及La(NO₃)₃·6H₂O（99%）作为反应物，以2-甲氧基乙醇为溶剂，柠檬酸为螯合剂。

合成方法

通过溶胶-凝胶法（Sol-Gel）制备La掺杂BiFeO₃（Bi_0.95La_0.05FeO₃和Bi_0.9La_0.1FeO₃）。将计量比的金属硝酸盐溶于2-甲氧基乙醇，经搅拌、凝胶化及700°C煅烧4小时后，750°C烧结5小时获得目标产物。

结构研究

X射线衍射（XRD）分析显示（图1a），样品均呈现菱形钙钛矿结构（R3c空间群），La掺杂未改变基本晶相但引发晶格畸变。Rietveld精修表明，La含量从5%增至10%时，次级相比例从22.43%显著降至2.90%。拉曼光谱（Raman）进一步证实结构畸变，且晶粒尺寸随La掺杂量增加从483 nm减小至255 nm（FESEM观测）。

结论

1. 1.

   XRD证实材料具有畸变菱形结构，Bi_0.9La_0.1FeO₃的次级相比例（2.90%）显著低于Bi_0.95La_0.05FeO₃（22.43%）。

2. 2.

   拉曼光谱与FESEM显示La掺杂引起结构畸变并细化晶粒。

3. 3.

   介电分析揭示非德拜传导行为，且介电常数随La含量增加而降低。

4. 4.

   UV-Vis表明带隙从2.35 eV（5% La）增至2.61 eV（10% La）。

5. 5.

   铁电回线显示La掺杂提升铁电性能。