烧结温度对La0.45Pr0.05Ca0.4854Sr0.0146MnO3锰氧化物的作用

《Materials Chemistry and Physics》：Sintering temperature effect on the La0.45Pr0.05Ca0.4854Sr0.0146MnO3 manganite

　　

研究人员采用溶胶-凝胶法合成了La0.45Pr0.05Ca0.4854Sr0.0146MnO3化合物，并在700 ℃、850 ℃及1000 ℃三种烧结温度下制备样品。结构与显微结构分析表明，随着烧结温度升高，Jahn-Teller畸变减弱。形貌研究显示，当烧结温度超过850 ℃时，样品失去纳米尺寸特征。磁性测量揭示了所有样品均存在二阶铁磁-顺磁相变，并且铁磁倾向随温度升高而增强，同时观察到Griffiths相及训练效应。在4 K下测得的磁滞回线显示，铁磁相中仍残留部分电荷有序反铁磁（CO-AFM）区域。磁热性能研究表明，850 ℃烧结样品表现出最优性能，说明颗粒尺寸调控可优化物理响应。

研究背景与意义

锰氧化物体系因其丰富的磁电耦合行为在凝聚态物理和功能材料领域备受关注，尤其是Ln_1-xCa_xMnO₃系列，在半掺杂浓度下会出现电荷有序（CO）、反铁磁（AFM）与铁磁（FM）共存及相分离现象。La_0.5Ca_0.5MnO₃（LCMO）作为典型代表，其低温CO-AFM态与晶格畸变、A位离子半径平均值< />_A>及阳离子无序度σ²密切相关。已有工作表明，通过双取代策略可在保持< />_A>不变的条件下调节σ²，从而影响CO态的稳定性及磁热效应。然而，烧结温度对这类弱阳离子失配体系的微观结构与磁性的综合影响尚未充分揭示。本研究针对La_0.45Pr_0.05Ca_0.4854Sr_0.0146MnO₃，探讨不同烧结温度对其结构、磁性及磁热性能的作用机制，旨在优化其在磁制冷等领域的应用潜力。该成果发表于《Materials Chemistry and Physics》。

主要技术方法

研究人员采用溶胶-凝胶法制备目标化合物，选用高纯度前驱体，按化学计量比混合反应，分别在700 ℃、850 ℃及1000 ℃下进行烧结处理。样品的结构与成分表征使用X射线衍射（XRD）及能量色散X射线光谱（EDX），显微形貌观察采用扫描电子显微镜（SEM）。磁性测量在超导量子干涉仪（SQUID）上进行，涵盖零场冷（ZFC）与场冷（FC）曲线、磁滞回线及磁熵变测定。所有实验均在严格控制气氛与温度条件下完成。

结果与讨论

结构分析

XRD结果表明，所有样品均为正交晶系Pnma空间群。随着烧结温度升高，正交畸变逐渐减小，Jahn-Teller畸变减弱，晶格参数发生细微变化。EDX证实元素组成符合化学式且无杂质。容忍因子t_G计算值为0.924，支持正交结构的稳定性。

显微形貌

SEM图像显示，700 ℃与850 ℃样品保持纳米颗粒形态，粒径分布较均匀；1000 ℃样品晶粒显著长大，纳米特性消失，说明高温促进晶粒粗化。

磁性研究

ZFC-FC曲线显示所有样品经历二阶铁磁-顺磁相变，居里温度（T_C）随烧结温度升高略有上升。磁滞回线在4 K下呈非线性特征，暗示铁磁基体中存在少量CO-AFM区域。Griffiths相特征出现在顺磁区，表明短程铁磁团簇在高于T_C的温度仍存在。训练效应测试显示磁化强度随循环次数下降，反映磁历史对相分布的调节作用。

磁热效应

磁熵变（ΔS_M）在850 ℃样品中达到最大值，伴随合适的相对冷却能力（RCP），说明中等烧结温度优化了颗粒尺寸与晶格畸变的平衡，从而获得最佳磁热性能。

结论翻译

研究人员总结指出，烧结温度显著影响La_0.45Pr_0.05Ca_0.4854Sr_0.0146MnO₃的晶体结构、显微形貌及磁性。升温降低正交畸变与Jahn-Teller效应，晶粒粗化在超过850 ℃时消除纳米尺度特征。铁磁-顺磁转变温度随温度升高略有增加，所有样品均存在Griffiths相与训练效应，且在低温下保留部分CO-AFM区域。磁热性能在850 ℃烧结样品中最佳，证明颗粒尺寸调控可有效优化物理响应。