本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種具有多鐵性能的九層層狀結(jié)構(gòu)鈦鐵鈷酸鉍陶瓷材料及其制備方法，特征是將鈦酸酯、硝酸鉍、硝酸鐵與硝酸鈷按摩爾比3:10:(6-x):x溶于硝酸水溶液，加入由乙二胺四乙酸和檸檬酸組成的絡(luò)合劑與溶液中金屬離子的摩爾比為0.5-1:1:1；溶液蒸干所得粉體在700-800℃預(yù)燒除去有機(jī)物，壓片成型后在800-1100℃燒結(jié)5-10小時(shí)；得到化學(xué)式為Bi10Fe6-xCoxTi3O30九層層狀A(yù)urivillius型多鐵氧化物陶瓷，其結(jié)構(gòu)為2個(gè)鉍氧層（（Bi2O2）2+）之間夾著3個(gè)鈦氧（Ti-O）八面體和6個(gè)鐵氧（Fe-O）八面體，部分Fe被Co取代，在室溫以上同時(shí)具有鐵電性和鐵磁性。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于多鐵氧化物陶瓷材料領(lǐng)域，具體涉及具有多鐵性能的九層層狀結(jié)構(gòu)鈦鐵鈷酸鉍陶瓷材料及其制備方法。
技術(shù)介紹
多鐵性材料是指在某個(gè)溫區(qū)內(nèi)，同時(shí)表現(xiàn)出鐵電序和鐵磁/反鐵磁序，且彼此之間存在某種耦合的材料。這種材料日益受到矚目，這是因?yàn)樗鼈兛梢詮V泛用于鐵電和磁性設(shè)備的研發(fā)上，而更為重要的是由于部分材料內(nèi)部可提供磁電之間的耦合，從而為設(shè)備的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供附加的一個(gè)自由度，因而在新興的自旋電子學(xué)、多態(tài)信息存儲(chǔ)、電驅(qū)動(dòng)鐵磁諧振器及磁調(diào)控壓電傳感器上表現(xiàn)出極為誘人的應(yīng)用前景。中國(guó)《硅酸鹽學(xué)報(bào)》(2011年3月，第39卷，第3期，550-558頁(yè))報(bào)道了對(duì)于ABO3鈣鈦礦型鐵電材料的研究。大多數(shù)單相材料都是反鐵磁材料，而且存在著磁電效應(yīng)弱、工作溫度低(居里溫度或者尼爾溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于室溫)的缺點(diǎn)，因此缺乏足夠的應(yīng)用前景。單相磁電材料中唯一的例外是BiFeO3，其尼爾溫度為1100K，鐵電居里溫度超過(guò)750K，是僅有的室溫磁電材料。但BiFeO3也是反鐵磁材料，而且長(zhǎng)期以來(lái)由于制備技術(shù)的限制，人們無(wú)法得到具有良好絕緣性的塊材，從而無(wú)法測(cè)試其本征鐵電性能。報(bào)道同時(shí)指出，以81 603和BiMnO3為原型發(fā)展起來(lái)的雙鈣鈦礦型材料因其B位可用兩種具有d°電子結(jié)構(gòu)的磁性離子進(jìn)行耦合從而改善鐵磁性能而備受關(guān)注，但這類(lèi)材料的合成必須在高壓條件下進(jìn)行，不僅容易產(chǎn)生雜相，而且很難做到使其B位離子具有較好的有序性，尤其漏電流較大、鐵電性和鐵磁性的相變溫度并不同時(shí)在室溫以上等缺點(diǎn)嚴(yán)重阻礙了實(shí)用化的進(jìn)程。中國(guó)《科學(xué)通報(bào)》(2008年，第53卷，第10期，1098-1135頁(yè))介紹了新的研究熱點(diǎn)一奧利維里斯(Aurivillius)型層狀材料，其結(jié)構(gòu)和性能隨層數(shù)的不同發(fā)生變化，一方面鉍氧層具有絕緣層和電荷庫(kù)的作用，可有效降低樣品的漏電流，對(duì)改善樣品電學(xué)性能有著積極意義；另一方面，隨著磁性單元的增多，樣品的磁學(xué)性能也將得到增強(qiáng)。但層數(shù)越多，制備難度也逐漸增大。美國(guó)《應(yīng)用物理學(xué)報(bào)》(Applied Physics Letters, 2012年，第101卷，第I期，012402頁(yè))介紹了對(duì)于五層結(jié)構(gòu)的這種材料進(jìn)行的深入研究，采用固相反應(yīng)法得到樣品，但因需要球磨，導(dǎo)致反應(yīng)溫度高(通常為1000°C左右)，實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)(通常超過(guò)40小時(shí))，且顆粒大、不均勻、易團(tuán)聚。目前還沒(méi)有見(jiàn)到有七層及以上層狀結(jié)構(gòu)樣品性能方面研究的公開(kāi)報(bào)道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種具有多鐵性能的九層層狀結(jié)構(gòu)鈦鐵鈷酸鉍陶瓷及其制備方法，以優(yōu)化Aurivillius型層狀陶瓷的鐵電性能和鐵磁性能。本專利技術(shù)的具有多鐵性能的九層層狀結(jié)構(gòu)鈦鐵鈷酸鉍陶瓷，其特征在于化學(xué)式為Bi1(lFe6_xCOxTi303(l，其結(jié)構(gòu)為2個(gè)鉍氧層((Bi2O2)2+)之間夾著3個(gè)鈦氧(T1-O)八面體和6個(gè)鐵氧(Fe-O)八面體，其中部分Fe被Co取代。本專利技術(shù)的具有多鐵性能的九層層狀結(jié)構(gòu)鈦鐵鈷酸鉍陶的制備方法，其特征在于:將鈦酸酯、硝酸鉍、硝酸鐵與硝酸鈷按摩爾比3:10: (6-x):x溶于硝酸水溶液，加入由乙二胺四乙酸和檸檬酸組成的絡(luò)合劑，其加入量按使絡(luò)合劑中的乙二胺四乙酸、檸檬酸與該溶液中所含金屬離子的摩爾比為0.5-1:1:1 ;將溶液蒸干，所得粉體先在700-800°C預(yù)燒以除去有機(jī)物，再將該預(yù)燒過(guò)的粉體壓片成型后在800-1100°C燒結(jié)5-10小時(shí)，得到目標(biāo)產(chǎn)物。所述燒結(jié)，可采用馬弗爐燒結(jié)或熱壓爐燒結(jié)。本專利技術(shù)的具有多鐵性能的九層層狀結(jié)構(gòu)鈦鐵鈷酸鉍陶的制備方法中，由于采取了預(yù)燃燒(Pechini)法，與傳統(tǒng)的采取固相球磨的制備方法相比，預(yù)燒溫度低(不超過(guò)800°C)，安全有效；所制備出的樣品顆粒較為均勻，實(shí)驗(yàn)周期從傳統(tǒng)固相法需要的40小時(shí)縮短到了 5小時(shí)左右。采用本專利技術(shù)的方法所制備出的本專利技術(shù)的化學(xué)式為Bi1(lFe6_xCOxTi303(l九層層狀A(yù)urivillius型多鐵氧化物陶瓷，其結(jié)構(gòu)為2個(gè)鉍氧層((Bi2O2) 2+)之間夾著3個(gè)鈦氧(T1-O)八面體和6個(gè)鐵氧(Fe-O)八面體，其中部分Fe被Co取代，這類(lèi)材料在室溫以上同時(shí)具有鐵電性和鐵磁性，并且由于鉍氧層具有絕緣層和電荷庫(kù)的作用，可有效降低樣品的漏電流，對(duì)改善樣品電學(xué)性能有著積極意義。本專利技術(shù)中采用了兩種不同的磁性離子(M)Fe和Co作為B位離子，通過(guò)耦合，改善了樣品的鐵磁性能，室溫下測(cè)量樣品在電場(chǎng)為200kV/cm時(shí)的剩余極化強(qiáng)度(2Pr) 為7.49μ C/cm2，矯頑場(chǎng)(2Ec)為133kV/cm ;剩余磁化率(2Mr)為5.38emu/g,矯頑場(chǎng)(2Hc)為 20600e。附圖說(shuō)明圖1是本專利技術(shù)實(shí)施例1中所制備產(chǎn)物樣品的X射線圖；圖2是本專利技術(shù)實(shí)施例1中所制備產(chǎn)物樣品的掃描電鏡照片；圖3是本專利技術(shù)實(shí)施例1中所制備產(chǎn)物樣品的透射電鏡照片；圖4是本專利技術(shù)實(shí)施例1中所制備產(chǎn)物樣品的鐵電性能測(cè)量圖；圖5是本專利技術(shù)實(shí)施例1中所制備產(chǎn)物樣品的鐵磁性能測(cè)量圖。具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:按表I中所列的各原料純度及其稱取量，取化學(xué)純鈦酸正丁酯(C16H36O4TiX分析純五水合硝酸秘(Bi (NO3)3.5H20)、分析純九水合硝酸鐵(Fe (NO3)3.9H20)和分析純六水合硝酸鈷(Co (NO3)2.6H20)為原料，按摩爾比3:10:5:1準(zhǔn)確稱量后溶于IOOml質(zhì)量百分濃度為80%硝酸水溶液中，加入由乙二胺四乙酸和檸檬酸組成的絡(luò)合劑，其加入量按使絡(luò)合劑中的乙二胺四乙酸、檸檬酸與該溶液中所含金屬離子的摩爾比為0.7:1: 1，勻速攪拌至形成澄清溶液。本實(shí)施例中具體各種原料的純度及其使用量見(jiàn)下表1:表I實(shí)施例1中制備BiiciFe5CoTi3O3ci所使用的原料權(quán)利要求1.一種具有多鐵性能的九層層狀結(jié)構(gòu)鈦鐵鈷酸鉍陶瓷，其特征在于化學(xué)式為Bi1(lFe6_xCOxTi303(l，其結(jié)構(gòu)為2個(gè)鉍氧層((Bi2O2)2+)之間夾著3個(gè)鈦氧(T1-O)八面體和6個(gè)鐵氧(Fe-O)八面體，其中部分Fe被Co取代。2.權(quán)利要求1所述具有多鐵性能的九層層狀結(jié)構(gòu)鈦鐵鈷酸鉍陶的制備方法，其特征在于:將鈦酸酯、硝酸鉍、硝酸鐵與硝酸鈷按摩爾比3:10: (6-x):x溶于硝酸水溶液，加入由乙二胺四乙酸和檸檬酸組成的絡(luò)合劑，其加入量按使絡(luò)合劑中的乙二胺四乙酸、檸檬酸與該溶液中所含金屬離子的摩爾比為0.5-1:1:1 ;將溶液蒸干，所得粉體先在700-800°C預(yù)燒以除去有機(jī)物，再將該預(yù)燒過(guò)的粉體壓片成型后在800-1100°C燒結(jié)5-10小時(shí)，得到目標(biāo)產(chǎn)物。3.如權(quán)利要求1所述具有多鐵性能的九層層狀結(jié)構(gòu)鈦鐵鈷酸鉍陶的制備方法，其特征在于所述燒結(jié)采用馬弗 爐燒結(jié)或熱壓爐燒結(jié)。全文摘要本專利技術(shù)公開(kāi)了一種具有多鐵性能的九層層狀結(jié)構(gòu)鈦鐵鈷酸鉍陶瓷材料及其制備方法，特征是將鈦酸酯、硝酸鉍、硝酸鐵與硝酸鈷按摩爾比3:10:(6-x):x溶于硝酸水溶液，加入由乙二胺四乙酸和檸檬酸組成的絡(luò)合劑與溶液中金屬離子的摩爾比為0.5-1:1:1；溶液蒸干所得粉體在700-800℃預(yù)燒除去有機(jī)物，壓片成型后在800-1100℃燒結(jié)5-10小時(shí)；得到化學(xué)式為Bi10Fe6-xCoxTi3O30九層層狀A(yù)urivillius型多鐵氧化物陶瓷，其結(jié)構(gòu)為2個(gè)鉍氧層((Bi2O2)2+)之間本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種具有多鐵性能的九層層狀結(jié)構(gòu)鈦鐵鈷酸鉍陶瓷，其特征在于化學(xué)式為Bi10Fe6?xCoxTi3O30，其結(jié)構(gòu)為2個(gè)鉍氧層（（Bi2O2）2+）之間夾著3個(gè)鈦氧（Ti?O）八面體和6個(gè)鐵氧（Fe?O）八面體，其中部分Fe被Co取代。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陸亞林，黃妍，彭冉冉，劉敏，初寶進(jìn)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
還沒(méi)有人留言評(píng)論。發(fā)表了對(duì)其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。