本研究利用燃烧法其制程快速的特点来制备具有钙钛矿ABO3结构的非化学剂量比LiNbO3及掺杂Fe之LiNbO3¬粉末,对其表面形貌、缺陷结构变化与铁磁性等物理性质进行探讨,做为多铁材料的初步开发研究。 本研究利用DSC测得铁电居理温度,并透过铁电居理温度与Li浓度的关系式来获得[Li]/([Li]+[Nb])的摩尔数比,其比值为46.55及49.24%。发现燃烧法制程的晶体缺陷结构较多,导致LiNbO3有相分离的现象。掺杂Fe之LiNbO3其掺杂浓度在0.56~3.314 mol%,但随着掺杂Fe浓度变高,摩尔数比值为46.55%的相会消失,显示掺杂铁於LiNbO3¬晶体中会使缺陷较多的相消失进而稳定晶体结构。在表面型貌方面,粉末的晶体尺寸则约为100~200 nm,并不随Fe的掺杂而有明显的变化。 本研究先利用不同空缺模型透过Rietveld方法来精算非化学剂量比的LiNbO3结构,发现混合空缺模型及Li空缺模型较合适解释其缺陷结构,而Nb空缺模型则因为过多的反位铌(Nb*)存在A位的假设导致结构不合理的扭曲。 同时我们也利用XPS、UV-Vis及Raman光谱分析掺杂Fe之LiNbO3,得知Fe以二价及三价混合进入LiNbO3结构中,取代A位的Li,且无电荷补偿现象。在A位中依旧留有Nb*及其空缺,但B位的Nb有位移现象,推估是Nb*被推回B位中。 接着我们再进一步利用混合空缺模型及Li空缺模型合并上述观察的假设来分析掺杂Fe之LiNbO3晶格结构。其中,混合空缺模型合并部份Nb*被推回B位的假设下的模拟结果,是当中最合适解释掺杂Fe之 LiNbO3缺陷结构的推论。我们可以发现随着掺杂Fe浓度越高,O-Nb-O和O-Li/Fe-O键角改变而使得Li/Fe-Nb键长缩短,LiO6与NbO6两架构更靠近,不含阳离子的氧八面体(ʋ O6)架构在xy平面上会变细长紧缩,也使Li/Fe的原子位置沿着c轴上升。但同时,随着掺杂Fe浓度越高,Nb*被推回B位也越多,Nb空缺(VNb)消失越多,则会减缓晶格扭曲,以上因素互相竞争,导致晶格常数变化并不明显。 本研究发现掺杂Fe之LiNbO3晶体皆具有室温软铁磁性。当掺杂浓度增加至1.3 mol%以上,饱和磁化率呈现非线性的增加,最大的饱和磁化率为1.18 emu/g。另外,矫顽磁场也有非线性增加,最高值为93 Oe,但在3.314 mol%有些微下降。推估是因为Nb*被推回B位越多,Nb空缺(VNb)消失越多,而使Fe-Nb之间的距离缩短,导致整体Fe-Nb自旋耦合将更为强烈,使饱和磁化率有非线性的增加,然而当Fe-Nb太靠近时,矫顽磁场则会些微下降。收起