共沉淀法制备la1-xcaxmno多晶材料

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1、2002年10月2002年昆明理工大学研究生“挑战杯”课外科技作品竞赛参赛作品2共沉淀法制备La1-xCaxMnO多晶材料材料与冶金工程学院：麻芸指导教师：张鹏翔含稀土的过渡金属氧化物是最近几十年凝聚态物理学和材料学等领域中最富前沿性的研究对象，在这类氧化物材料中已经观察到高温超导和巨磁阻这两大既具有重要基础研究价值又富应用前景的效应.这两大效应均是在含有稀土（RE）的3d过渡族金属（M=Cu或Mn）氧化物RE-M-O中通过二价碱土金属离子AE2+部分替代三价稀土离子RE3+后得以观察到的.这样的替代，使得超巨磁阻材料中的

2、3d金属离子表现为混合价Mn3+/Mn4+，混合价的出现在轨道eg上引入了空穴，从而引起了电磁等性质方面的变化.伴随着顺磁-铁磁相变时发生金属-绝缘体相变，引起磁电阻的巨大变化，因而具有超巨磁阻效应（CMR，colossalmagnetoresistence）.其制备工艺也因此而成为探索CMR效应和开发CMR材料的关键.通常制备La1-XCaXMnO3超巨磁阻材料的方法有两大类：一是原料直接研磨后进行固相反应合成法；二是原料经化学反应的溶胶凝胶法和共沉淀法.固相反应法是将金属氧化物或者碳酸盐按一定比例混合，直接研磨、焙烧和

3、烧结而合成样品的方法.此法的优点是制备过程简易，缺点是合成的颗粒较粗、均匀度差，影响到材料的性能.另外，氧化铝坩埚还会将少量铝杂质引入样品中，特别是在焙烧过程中，这会严重破坏样品的物理性能.溶胶凝胶法制备样品最大的优点是：产物的颗粒细且均匀，适合大批量生产，易控制产品质量；缺点是：在凝胶合成的过程中常有碱土金属的沉淀物产生，造成凝胶的均匀性降低.共沉淀法不仅可制备细且均匀的粉末样品，且用此方法获得的粉末反应活性较高、烧结温度低，但是需要控制反应时溶液的pH值，以确保金属离子的原子计量比值固定.它的优点可归纳为以下四点：(1

4、)工艺与设备都较简单，沉淀期间可将合成和细化一道完成，有利于工业化；(2)可以精确控制各组分的含量，使不同组分之间实现分子或原子水平上的均匀混合；(3)在沉淀过程中，可以通过控制沉淀条件及沉淀物的煅烧制度来控制所得粉料的纯度、颗粒大小、晶粒大小、分散性和相组成；(4)样品的烧结温度低、致密、性能稳定、且重复性好.考虑到共沉淀法的这些优点，我们的工作小组采用碳酸盐共沉淀法成功地制备出了La1-xCaxMnO3系列多晶样品（其中x=0.5、0.10、0.15、0.20、0.25）以及x=0.33时La0.67Ca0.33MnO

5、3中掺Ag量为4%、5%、6%、8%、10%的样品.其工艺流程图如下：原料配比计算、称量碳酸盐共沉淀法制备共沉淀物干燥：48h焙烧：950℃，24h研磨：1h压片：7-12Mpa,保持5min烧结1250℃,32h与固相反应法相比，共沉淀法的烧结温度降低了300℃，实验周期缩短了一半；与溶胶凝胶法相比，其制备工艺简单、制备出的样品纯度高、均匀性好、成本低、耗资少.通过XRD测量表明该法制备的样品是单相、均匀的；R-T曲线测量结果表明样品的金属-绝缘体转变温度TP较高，约为270K，转变温度TP分布的范围窄，曲线陡，再一次表

6、明生成的样品是单相的；M-T曲线测量结果表明样品的顺磁-铁磁转变温度TC较高，约为270K，表明磁性转变温度Tc和金属-绝缘体转变温度TP是一致的.因此，利用共沉淀法制备多晶材料可为激光溅膜提供磁学、电学性能较好的靶材，进一步为制作测辐射热仪和激光功率计提供重要的基础材料.测辐射热仪是利用热敏电阻将入射的电磁辐射转化成热，改变元件的输出电阻，从而改变器件的某种输出电信号.以La-Ca-Mn-O为代表的CMR材料在X=0.33即La0.67Ca0.33MnO3时可使测辐射热仪工作于70K—350K之间的任意温度，具有很宽

7、的频谱范围，并且CMR材料还具有耐强酸、耐水气、耐高温、化学性能，而且更重要的是它的制造成本低廉.2002年10月2002年昆明理工大学研究生“挑战杯”课外科技作品竞赛参赛作品2利用La-Ca-Mn-O材料各向异性的Seeback效应，在倾斜衬底上生长的La0.90Ca0.10MnO3薄膜会产生较大的激光感生电压效应.通过测量从红外到紫外波段下的脉冲激光连续调制的激光响应，我们发现在一定的激光功率范围内，器件的信号响应与激光功率成较好的线性关系，利用这一线性关系我们已经成功制作出一种新型室温下工作的激光功率计器件.另外，L

8、a-Ca-Mn-O超巨磁阻材料也被广泛应用于微电子工业和光电子产业中.人们利用磁电阻薄膜已制备出许多磁阻元件，如位移式磁阻传感器，非接触式磁阻开关，磁敏传感器等.同时人们还利用这种材料的CMR效应制造了磁性的信息存储头，展现出美好的工业前景.为了解决能源利用率低和环境污染的问题，La-Ca-Mn-O超巨