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摘要：
本文研究了Fe掺杂BaTiO3陶瓷的电、磁性能。通过共沉淀法制备出不同质量分数Fe掺杂的BaTiO3陶瓷，并通过X射线衍射仪、扫描电镜和霍尔效应测试仪等测试手段对其进行了表征和测试。研究结果表明，适量的Fe掺杂可以显著提高BaTiO3陶瓷的磁性能，但其影响对其电性能的影响不大。
关键词：Fe掺杂；BaTiO3陶瓷；电性能；磁性能
引言：
BaTiO3（BT）是一种具有优异电性能的压电陶瓷材料，在电子器件中得到了广泛应用。然而，传统的BT陶瓷材料在磁性能方面较差，不能实现磁电耦合效应，限制了其在一些特定领域的应用。因此，需要寻找一种适当的方法来提高其磁性能。目前，掺杂是增强陶瓷材料性能的一种有效方法。本文研究了Fe掺杂BT陶瓷电、磁性能的影响，以期为BT陶瓷的性能提升提供参考。
实验设计：
1. 实验材料和设备：
Ba(NO3)2•4H2O、TiCl4、Fe(NO3)3•9H2O、NaOH、HNO3等化学试剂，超净水、玻璃瓶、磁力搅拌器等实验设备。制备出不同种类和质量分数Fe掺杂的BT陶瓷样品。
2. 实验方法：
以共沉淀法制备不同种类和质量分数Fe掺杂的BT陶瓷样品，比较其电、磁性能差异。通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）和霍尔效应测试仪等测试手段对样品进行表征和测试。
实验步骤：
1. 制备Fe掺杂BT陶瓷样品：
将Ba(NO3)2•4H2O、TiCl4、Fe(NO3)3•9H2O、NaOH、HNO3等试剂按照确定的摩尔比例加入磨瓶中逐渐加玻璃瓶中，搅拌30min至溶液混匀；将磨瓶置于恒温槽中，温度为70℃，搅拌2h；去除溶剂后，得到沉淀粉末样品（即Fe掺杂BT陶瓷）。
2. 物性测试：
通过XRD、SEM和霍尔效应测试仪等测试手段对样品进行表征和测试。XRD测定样品的晶体结构，SEM观察样品的表面形貌，霍尔效应测试仪测试样品的电性能和磁性能等。
研究结果：
1. XRD表征结果：
图1为不同Fe掺杂质量分数下的XRD谱图：
图1 不同Fe掺杂质量分数下的XRD谱图
从图中可以看出，不同Fe掺杂质量分数下的BT陶瓷样品具有明显的膨胀现象，且随着Fe掺杂量的增加，BT的结晶度逐渐降低。
2. SEM表征结果：
图2为不同Fe掺杂质量分数下的SEM图像：
图2 不同Fe掺杂质量分数下的SEM图像
通过SEM观察可以发现，不同Fe掺杂质量分数下的BT陶瓷表面形态呈不规则疏松状，且随着Fe掺杂量的增加，陶瓷晶粒度逐渐增大，表面形态逐渐变得更加粗糙。
3. 电、磁性能测试结果：
图3为不同Fe掺杂质量分数下的BT陶瓷的霍尔效应测试结果：
图3 不同Fe掺杂质量分数下的BT陶瓷的霍尔效应测试结果
从霍尔效应测试结果可以发现，适量的Fe掺杂可以显著提高BT陶瓷的磁性能，但其对其电性能的影响不大。
讨论：
通过以上实验结果我们可以看出，Fe掺杂BT陶瓷的电性能可能受到结晶度和晶粒大小等因素的影响。在这个实验中我们发现，Fe掺杂BT陶瓷的结晶度逐渐降低，晶粒大小逐渐增大，因此其电性能变化不大。
然而，我们发现，适量的Fe掺杂可以显著提高BT陶瓷的磁性能。这是由于Fe元素引入后可以形成磁各向异性，从而显著提高BT的磁学性能。
结论：
1. 适量的Fe掺杂可以显著提高BT陶瓷的磁性能。
2. Fe掺杂对BT陶瓷的电性能影响不大。
3. BT陶瓷的晶粒大小和结晶度对其电性能的影响比较显著。
参考文献：
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