一種稀土/鹼土金屬及過渡金屬摻雜鐵酸鉍納米多鐵材料及其製備方法

2023-05-30 21:08:06 1

專利名稱：一種稀土/鹼土金屬及過渡金屬摻雜鐵酸鉍納米多鐵材料及其製備方法
技術領域：
本發明屬於無機非金屬材料的製備技術領域，涉及一種稀土/鹼土金屬(A位)及 過渡金屬(B位)摻雜鐵酸鉍納米多鐵材料及其製備方法。
背景技術：
隨著信息技術的不斷發展以及對器件的小型化、多功能化的要求，人們對集鐵電 性與磁性等於一身的多功能材料研究興趣不斷高漲。多鐵材料不但同時具有兩種或兩種以 上鐵性特徵(鐵電性、鐵彈性和鐵磁性或者反鐵磁性)，而且通過鐵性耦合協同作用能產生 一些新的功能。這種特性使其在信息存儲、自旋電子器件、磁傳感器以及電容_電感一體化 器件方面都有極其重要的應用前景。 鐵酸鉍(BiFe03)是少數室溫下同時具有鐵電和磁性的鐵磁電材料之一。BiFe03具 有三角扭曲的鈣態礦結構(ABO》，同時具有G型反鐵磁有序(N6el溫度657K)和鐵電有序 (居裡溫度1083K)。然而，BiFe03材料在製備過程中容易發生價態的波動，從而產生較大的 漏導，致使很難觀測到電滯回線。另一方面，BiFe03所具有的G型反鐵磁有序，室溫下幾乎 觀測不到磁滯回線。這兩個問題使BiFe03難以應用。 到目前為止，針對這兩個問題，人們嘗試了多種方法，其中最主要的方法之一是摻 雜。摻雜可分為A位摻雜(取代Bi位)和B位摻雜(取代Fe位)。例如熊兆賢等(中 國發明專利，申請號200710144093)採用固相燒結法製備了單相B^—xYxFe03(A位摻雜)陶
瓷，減少了鐵酸鉍多鐵材料的漏電流，提高了其絕緣性。朱金龍等(中國發明專利，申請號 200810102534)採用金屬氧化物固相混合方法製備塊體多鐵材料BiFe1/2Cr1/203 (B位摻雜)， 發現該材料在室溫下為鐵電材料，但在5K時才呈現弱鐵磁性。韓高榮等(中國發明專利， 申請號200810059138. 3)採用水熱法製備了 BiFe卜xCox03(0 < x《0. 07) (B位摻雜)塊體 多鐵材料，發現該材料隨著Co的摻雜，多鐵材料的磁性能有明顯的改善。
近來，Selbach和Park等(Nano lett. 2007， 7， 766-772and Chem. Mater. 2007)發 現納米BiFe03有著與塊體不一樣的鐵電和磁性質，鐵電存在的臨界尺寸為9± lnm，而且小 粒子由於小尺寸效應，產生比塊體強的自發磁化。

發明內容
本發明的目的是提供一類稀土/鹼土金屬(A位)及過渡金屬(B位)摻雜鐵酸鉍 納米多鐵材料。 本發明以硝酸鐵、硝酸鉍、稀土 /鹼土金屬氧化物或硝酸鹽以及過渡金屬為原料， 以乙二醇為溶劑和配以特定的表面活性劑，利用簡單的溶膠凝膠法過程，在較低溫度下直 接製備出了 20 100nm稀土 /鹼土金屬A位摻雜、過渡金屬B位摻雜以及稀土 /鹼土金屬 A位和過渡金屬B位共摻雜鐵酸鉍納米粒子，納米粒子呈現近球形。上述的稀土元素包括 Dy和La.;鹼土金屬包括Ca、 Sr、 Ba ;過渡金屬包括Cr、 Co、 Ni、 Mn。該稀土 /鹼土金屬及過渡金屬摻雜鐵酸鉍納米粒子呈現出優於塊體材料的磁性能，而且可在較低磁場下獲得較大 的磁介電常數。其磁化模型可以描述為反鐵磁核和鐵磁殼(表面)之間交換耦合，隨著粒 徑減小，磁化強度增大。 本發明的另一個目的是提供製備稀土/鹼土金屬(A位)及過渡金屬(B位)摻雜 鐵酸鉍納米多鐵材料的方法。 其製備方法是:以Fe (N03) 3 9H20 ;Bi (N03) 3 5H20 ;C2H602 ;R (N03) 3/R203 (R為稀土 / 鹼土金屬元素)；M(N0》3/M(N0^(M為過渡金屬元素)為原料，乙二醇為溶劑，或配以特定 的表面活性劑，通過機械攪拌，形成均勻的乙二醇溶液，所得溶液蒸發乾燥，在較低溫度下 熱處理直接製備出20 100nm稀土/鹼土金屬A位摻雜、過渡金屬B位摻雜以及稀土/鹼 土金屬A位和過渡金屬B位共摻雜鐵酸鉍納米多鐵材料。 本方法可通過調節煅燒溫度和加入適當的添加劑來控制所得產品的尺寸。 上述所用乙二醇溶液中金屬陽離子的總摩爾濃度為0. 2 0. 5mol/l。 上述的溶液機械攪拌溫度為50 80°C ，時間3小時。 上述的溶液蒸發乾燥溫度為160 250°C，時間4 13小時。 上述的熱處理階段溫度為500 750°C，時間為0. 5 22小時。 上述的添加劑為PVA、 NH2CH2C00H或PEG。
本發明製備方法包括以下具體步驟 第一步原料準備所用原料為Fe(N03)3 *9H20 ;Bi (N03)3 *5H20 ;C2H602 ;R(N03)3 ;R203 (R為稀土 /鹼土 金屬元素)；M(N03)3 ;M(冊3)2(M為過渡金屬元素)；適當添加劑。
第二步反應液的配製 分別稱取一定質量的固體Fe(N03)3 9H20 ;Bi(N03)3 5H20 ;,3)3和/或R203 ; M(N03)3或M(NO丄；溶於乙二醇，在50 8(TC下機械攪拌3小時形成金屬陽離子與乙二醇 絡合溶液；所述溶液中金屬陽離子的總摩爾濃度為0. 2 0. 5mol/L。
第三步靜置陳化 取第二步配製的溶液，倒入燒杯在室溫靜置陳化0 2h。
第四步蒸發乾燥 取第三步得到的溶液，在160 25(TC烘箱中蒸發過多乙二醇形成凝膠，並持續幹 燥4 13h形成幹凝膠。
第五步熱處理 把第四步獲得的幹凝膠用研缽磨細成粉，放入瓷坩堝，進行熱處理(有兩種方 式) i)在40(TC下短時間預燒三次，以排除碳化物和氮化物；然後在500 75(TC煅燒 0. 5小時得到納米粉； ii)在600 75(TC煅燒0. 5 22h小時得到納米粉。
本發明具有以下有益效果 (1)、本發明製備出的是20 100納米的稀土/鹼土金屬(A位)及過渡金屬(B 位)摻雜鐵酸鉍多鐵粉體，與塊體鐵酸鉍陶瓷材料相比，該粒子表現出優良的磁學性能和 磁介電常數。
(2)、本發明中的乙二醇基的溶膠凝膠方法與傳統製備方法相比，具有設備簡單， 工藝過程方便易操作等特點，因此能夠顯著降低製備的成本。
(3)、本發明的方法易於調控產品粒子的粒徑和磁性能。


圖1為本發明製備的納米多鐵材料的X-射線衍射(XRD)圖譜，圖中，橫坐標為衍 射角2 e (° )，縱坐標為衍射強度Intensity (a. u.)。 圖2為用本發明製備的納米多鐵材料的室溫磁化曲線圖，圖中，橫坐標為外磁場 H(T)，縱坐標為磁化強度M(emu/g)，插圖a為在lT(100000e)外場作用下室溫磁滯回線(M-H loop) ， b為0場附近的磁化行為；從圖中可以推斷樣品的磁化模型可以用公式
M(H) = MFM(H) + xAFH
來表示。
具體實施例方式
所有的實施例均按上述技術方案的操作步驟操作。
實施例1 稱取一定計量比的固體Fe(N03)3 *9H20、Bi(N03)3 *51120和Dy203 ;先把Dy203溶於適 量的濃硝酸中，再把反應原料先後加入到48ml乙二醇中，在8(TC下機械攪拌3小時形成酒 紅色的金屬陽離子與乙二醇絡合溶液。溶液中金屬陽離子的總摩爾濃度為0. 4mol/L，其中 Bi : Dy : Fe摩爾比為0.8 : 0.2 : 1。室溫冷卻後，倒入燒杯下靜置陳化2小時，然後把 陳化後的溶液放入16(TC蒸發乾燥13小時得到幹凝膠，研磨成粉，放入馬弗爐進行熱處理 先在40(TC預燒三次，接著在60(TC煅燒0. 5h得到納米粉體。產物為34nm的Bi。.8Dy。.2Fe03 (A 位摻雜)粉體。
實施例2 稱取一定計量比的固體Fe(N03)3 *9H20、Bi(N03)3 *51120和Dy203 ;先把Dy203溶於適 量的濃硝酸中，再把反應原料先後加入到48ml乙二醇中，在8(TC下機械攪拌3小時形成酒 紅色的金屬陽離子與乙二醇絡合溶液。溶液中金屬陽離子的總摩爾濃度為0. 5mol/L，其中 Bi : Dy : Fe摩爾比為0.8 : 0.2 : 1。室溫冷卻後，倒入燒杯下靜置陳化2小時，然後把 陳化後的溶液放入16(TC蒸發乾燥13小時得到幹凝膠，研磨成粉，放入馬弗爐進行熱處理 先在40(TC預燒三次，接著在60(TC煅燒0. 5h得到納米粉體。產物為34nm的Bi。.8Dy。.2Fe03 (A 位摻雜)粉體。
實施例3 稱取一定計量比的固體Fe(N03)3 *9H20、Bi(N03)3 *51120和Dy203 ;先把Dy203溶於適 量的濃硝酸中，再把反應原料先後加入到48ml乙二醇中，在8(TC下機械攪拌3小時形成酒 紅色的金屬陽離子與乙二醇絡合溶液。溶液中金屬陽離子的總摩爾濃度為0. 4mol/L，其中 Bi : Dy : Fe摩爾比為0.8 : 0.2 : 1。室溫冷卻後，倒入燒杯下靜置陳化2小時，然後把 陳化後的溶液放入16(TC蒸發乾燥13小時得到幹凝膠，研磨成粉，放入馬弗爐進行熱處理 先在40(TC預燒三次，接著在75(TC煅燒0. 5h得到納米粉體。產物為75nm的Bi。.8Dy。.2Fe03 (A 位摻雜)粉體。
實施例4 稱取一定計量比的固體Fe(N03)3 *9H20、Bi(N03)3 *51120和Dy203 ;先把Dy203溶於適 量的濃硝酸中，再把反應原料先後加入到48ml乙二醇中，在8(TC下機械攪拌3小時形成酒 紅色的金屬陽離子與乙二醇絡合溶液。溶液中金屬陽離子的總摩爾濃度為0. 4mol/L，其中 Bi : Dy : Fe摩爾比為0.8 : 0.2 : 1。室溫冷卻後，倒入燒杯下靜置陳化2小時，然後把 陳化後的溶液放入16(TC蒸發乾燥13小時得到幹凝膠，研磨成粉，放入馬弗爐進行熱處理 先在400°C預燒三次，接著在500°C煅燒0. 5h得到納米粉體。產物為2lnm的Bi。. 8Dy。. 2Fe03 (A 位摻雜)粉體。
實施例5 稱取一定計量比的固體Fe (N03) 3 9H20、 Bi (N03) 3 5H20和Dy203 ;先把Dy203溶於 適量的濃硝酸中，再把反應原料先後加入到48ml乙二醇中，在8(TC下機械攪拌3小時形成 酒紅色的金屬陽離子與乙二醇絡合溶液。溶液中金屬陽離子的總摩爾濃度為0. 4mol/L， 其中Bi : Dy : Fe摩爾比為0.8 : 0. 2 : 1。室溫冷卻後，倒入燒杯下靜置陳化2小時， 然後把陳化後的溶液放入16(TC蒸發乾燥13小時以上得到幹凝膠，研磨成粉，放入馬弗爐 進行熱處理先在40(TC預燒三次，接著在60(TC煅燒0. 5h得到納米粉體。產物為58nm的 Bi0.95Dy0.05Fe03 (A位摻雜)粉體。
實施例6 稱取一定計量比的固體Fe(N03)3 9H20、 Bi (N03)3 5H20和La(N03)3 nH20 ;把反 應原料先後加入到48ml乙二醇中，在8(TC下機械攪拌3小時形成酒紅色的金屬陽離子與 乙二醇絡合溶液。溶液中金屬陽離子的總摩爾濃度為0.4mol/L，其中Bi : La : Fe摩爾 比為0.8 : 0.2 : 1。室溫冷卻後，倒入燒杯下靜置陳化2小時，然後把陳化後的溶液放入 16(TC蒸發乾燥13小時以上得到幹凝膠，研磨成粉，放入馬弗爐進行熱處理先在40(TC預 燒三次，接著在60(TC煅燒0. 5h得到納米粉體。產物為39nm的Bi。.8La。.2Fe03 (A位摻雜)粉 體。 實施例7 稱取一定計量比的固體Fe(N03)3 *9H20、Bi(N03)3 5H20、 La (N03) 3 nH20和甘氨酸; 把反應原料先後加入到48ml乙二醇中，在8(TC下機械攪拌3小時形成酒紅色的金屬陽離子 與乙二醇絡合溶液。溶液中金屬陽離子的總摩爾濃度為0.4mol/L，其中Bi : La : Fe摩爾 比為0.8 : 0.2 : 1，甘氨酸的量為金屬陽離子總摩爾數的10%。攪拌溶液室溫冷卻後，倒 入燒杯下靜置陳化2小時，然後把陳化後的溶液放入19(TC蒸發乾燥13小時得到幹凝膠，研 磨成粉，放入馬弗爐進行熱處理先在40(TC預燒三次，接著在60(TC煅燒0. 5h得到納米粉 體。產物為28nm的Bi。.8La。.^e03(A位摻雜)粉體，而且磁性能優於不加甘氨酸時所製得的 樣品。 實施例8 稱取一定計量比的固體Fe (N03) 3 9H20、Bi (N03) 3 5H20、 La (N03) 3 nH20和PEG ;把 反應原料先後加入到48ml乙二醇中，在8(TC下機械攪拌3小時形成酒紅色的金屬陽離子與 乙二醇絡合溶液。乙二醇溶液中金屬陽離子的總摩爾濃度為0.4mol/L，其中Bi : La : Fe 摩爾比為0. 8 : 0. 2 : 1， PEG的量為0. 4g/ml。室溫冷卻後，倒入燒杯下靜置陳化2小 時，然後把陳化後的溶液放入19(TC蒸發乾燥13小時得到幹凝膠，研磨成粉，放入馬弗爐進行熱處理先在40(TC預燒三次，接著在60(TC煅燒0. 5h得到納米粉體。產物為34nm的 Bi。. 8La。. 2Fe03 (A位摻雜)粉體。
實施例9 稱取一定計量比的固體Fe (N03) 3 9H20、 Bi (N03) 3 5H20、 Dy203和La (N03) 3 nH20 ; 先把Dy203溶於適量的濃硝酸中，再把反應原料先後加入到48ml乙二醇中，在8(TC下機械 攪拌3小時形成酒紅色的金屬陽離子與乙二醇絡合溶液。溶液中金屬陽離子的總摩爾濃度 為0. 4mol/L，其中Bi : Dy : La : Fe摩爾比為O. 8 : 0. 1 : 0. 1 : 1。室溫冷卻後，倒入 燒杯下靜置陳化2小時，然後把陳化後的溶液放入16(TC蒸發乾燥13小時得到幹凝膠，研 磨成粉，放入馬弗爐進行熱處理先在40(TC預燒三次，接著在60(TC煅燒0. 5h得到納米粉 體。產物為34nm的Bi。. 8La。. !Dy。. #03 (A位摻雜)粉體。
實施例10 稱取 一 定計量比的固體Fe (N03) 3 9H20、 Bi (N03) 3 5H20和Ba (N03) 2 ;把反應原 料先後加入到48ml乙二醇中，在8(TC下機械攪拌3小時形成酒紅色的金屬陽離子與乙二 醇絡合溶液。溶液中金屬陽離子的總摩爾濃度為0.4mol/L，其中Bi : Ba : Fe摩爾比為 0.8 : 0.2 : 1。室溫冷卻後，倒入燒杯下靜置陳化2小時，然後把陳化後的溶液放入19(TC 蒸發乾燥13小時得到幹凝膠，研磨成粉，放入馬弗爐進行熱處理先在40(TC預燒三次，接 著在65(TC煅燒0. 5h得到納米粉體。產物為28nm的Bi。.8Ba。.2Fe03(A位摻雜)粉體。
實施例11 稱取 一 定計量比的固體Fe (N03) 3 9H20、 Bi (N03) 3 5H20和Ba (N03) 2 ;把反應原 料先後加入到48ml乙二醇中，在8(TC下機械攪拌3小時形成酒紅色的金屬陽離子與乙二 醇絡合溶液。溶液中金屬陽離子的總摩爾濃度為0.4mol/L，其中Bi : Ba : Fe摩爾比為 0.95 : 0.05 : 1。室溫冷卻後，倒入燒杯下靜置陳化2小時，然後把陳化後的溶液放入 19(TC蒸發乾燥13小時得到幹凝膠，研磨成粉，放入馬弗爐進行熱處理先在40(TC預燒三 次，接著在65(TC煅燒0. 5h得到黃色的納米粉體。產物為63nm的Bi。.95Ba。.。5Fe03 (A位摻雜) 粉體。 實施例12 稱取一定計量比的固體Fe(N03)3 9H20、 Bi(N03)3 5H20和Ca(N03)2 4H20 ;把反 應原料先後加入到48ml乙二醇中，在8(TC下機械攪拌3小時形成酒紅色的金屬陽離子與 乙二醇絡合溶液。溶液中金屬陽離子的總摩爾濃度為0.4mol/L，其中Bi : Ca : Fe摩爾 比為0.95 : 0.05 : 1。室溫冷卻後，倒入燒杯下靜置陳化2小時，然後把陳化後的溶液放 入19(TC蒸發乾燥13小時得到幹凝膠，研磨成粉，放入馬弗爐進行熱處理先在40(TC預燒 三次，接著在65(TC煅燒0. 5h得到黃色的納米粉體。產物為56nm的Bi。.95Ca。.。5Fe03(A位摻
雜)粉體。 實施例13 稱取 一 定計量比的固體Fe (N03) 3 9H20、 Bi (N03) 3 5H20和Sr (N03) 2 ;把反應原 料先後加入到48ml乙二醇中，在8(TC下機械攪拌3小時形成酒紅色的金屬陽離子與乙二 醇絡合溶液。溶液中金屬陽離子的總摩爾濃度為0.4mol/L，其中Bi : Sr : Fe摩爾比為 0.95 : 0.05 : 1。室溫冷卻後，倒入燒杯下靜置陳化2小時，然後把陳化後的溶液放入 19(TC蒸發乾燥13小時得到幹凝膠，研磨成粉，放入馬弗爐進行熱處理先在40(TC預燒三次，接著在65(TC煅燒0. 5h得到黃色的納米粉體。產物為60nm的Bi。jSr。.。5Fe03(A位摻雜) 粉體。 實施例14 稱取一定計量比的固體Fe (N03) 3 9H20、Bi (N03) 3 5H20、Dy203和Cr (N03) 3 9H20和 PVA ;先按0. 5gPVA加入20ml —次水在機械攪拌下慢慢從室溫升至80°C ，大約6_8小時完全 溶解；然後把Dy203溶於適量的濃硝酸中，再把反應原料先後加入到48ml乙二醇中，再加入 20mlPVA —次水溶液，混合溶液在8(TC下機械攪拌3小時形成酒紅色的金屬陽離子與乙二 醇絡合溶液。乙二醇溶液中金屬陽離子的摩爾濃度為0.3mol/L，其中Bi : Dy : Fe : Cr 的摩爾比為0.8 : 0.2 : 0.99 : O.Ol。室溫冷卻後把所得溶液倒入燒杯放入25(TC蒸發 乾燥4小時以上得到幹凝膠，研磨成粉，放入馬弗爐在60(TC煅燒0. 5h得到納米粉體。產物 為25nm的Bi^Dy^Fe^Cr^A (A、 B位共摻雜)粉體。
實施例15 稱取一定計量比的固體Fe(N03)3 *9H20、Bi(N03)3 *51120、07203和Co(N03)2 *61120和 PVA ;先按0. 5gPVA加入20ml —次水在機械攪拌下慢慢從室溫升至80°C ，大約6 8小時完 全溶解；然後把Dy203溶於適量的濃硝酸中，再把反應原料先後加入到48ml乙二醇中，然後 再加入20mlPVA —次水溶液，混合溶液在8(TC下機械攪拌3小時形成酒紅色的金屬陽離子 與乙二醇絡合溶液。溶液中金屬陽離子的摩爾濃度為0.3mol/L，其中Bi : Dy : Fe : Co 的摩爾比為0.8 : 0.2 : 0.99 : O. 01室溫冷卻後把所得溶液倒入燒杯放入25(TC蒸發乾 燥4小時以上得到幹凝膠，研磨成粉，放入馬弗爐在60(TC煅燒0. 5h得到納米粉體。產物為 24nm的Bi^Dy^Fe^Cc^A (A、 B位共摻雜)粉體。
實施例16 稱取 一 定計量比的固體Fe(N03)3 9H20、 Bi (N03)3 5H20、 La(N03)3 nH20、 Cr (N03) 3 *9H20和PVA ;先按0. 5gPVA加入20ml —次水在機械攪拌下慢慢從室溫升至80°C ， 大約6-8小時完全溶解；把其他反應原料先後加入到48ml乙二醇中，然後再加入20mlPVA 一次水溶液，混合溶液在8(TC下機械攪拌3小時形成酒紅色的金屬陽離子與乙二醇絡合溶 液。其中，溶液中金屬陽離子的摩爾總濃度為O. 3mol/L， Bi : La : Fe : Cr的摩爾比為 0.8 : 0.2 : 0.98 : 0.02。室溫冷卻後把所得溶液倒入燒杯放入25(TC蒸發乾燥4小時 以上得到幹凝膠，研磨成粉，放入馬弗爐在60(TC煅燒0. 5h得到納米粉體。產物為26nm的 Bi0.8La。.2Fe。.98Cr。.。203(A、 B位共摻雜)粉體。
實施例17 稱取 一 定計量比的固體Fe(N03)3 9H20、 Bi (N03)3 5H20、 La(N03)3 nH20、 Co (N03) 2 *6H20和PVA ;先按0. 5gPVA加入20ml —次水在機械攪拌下慢慢從室溫升至80°C ， 大約6 8小時完全溶解；把其他反應原料先後加入到48ml乙二醇中，然後再加入20mlPVA 一次水溶液，混合溶液在8(TC下機械攪拌3小時形成酒紅色的金屬陽離子與乙二醇絡合溶 液。其中，溶液中金屬陽離子的摩爾總濃度為O. 3mol/L， Bi : La : Fe : Co的摩爾比為 0.8 : 0.2 : 0.99 : O.Ol。室溫冷卻後把所得溶液倒入燒杯放入25(TC蒸發乾燥蒸發乾 燥4小時以上得到幹凝膠，研磨成粉，放入馬弗爐在60(TC煅燒0. 5h得到納米粉體。產物為 25nm的BiuLa^Fe^Co^A (A、 B位共摻雜)粉體。
實施例18
稱取 一 定計量比的固體Fe(N03)3 9H20、 Bi (N03)3 5H20、 La(N03)3 nH20、 Co (N03) 2 *6H20和PVA ;先按0. 5gPVA加入20ml —次水在機械攪拌下慢慢從室溫升至80°C ， 大約6 8小時完全溶解；把其他反應原料先後加入到48ml乙二醇中，然後再加入20mlPVA 一次水溶液，混合溶液在8(TC下機械攪拌3小時形成酒紅色的金屬陽離子與乙二醇絡合溶 液。其中，溶液中金屬陽離子的摩爾總濃度為O. 3mol/L， Bi : La : Fe : Co的摩爾比為 0.8 : 0.2 : 0.99 : O.Ol。室溫冷卻後把所得溶液倒入燒杯放入25(TC蒸發乾燥蒸發乾 燥4小時以上得到幹凝膠，研磨成粉，放入馬弗爐在60(TC煅燒22h得到納米粉體。產物為 32nm的BiuLa^Fe^Co^A (A、 B位共摻雜)粉體。
實施例19 稱取一定計量比的固體Fe(N03)3 9H20、 Bi (N03)3 5H20和Co(N03)2 6H20 ;把反 應原料先後加入到48ml乙二醇中，在8(TC下機械攪拌3小時形成酒紅色的金屬陽離子與 乙二醇絡合溶液。其中，溶液中金屬陽離子的摩爾總濃度為0.4mol/L， Bi : Fe : Co的摩 爾比為l : 0.99 : 0.01。室溫冷卻後把所得溶液倒入燒杯放入25(TC蒸發乾燥4小時以 上得到幹凝膠，研磨成粉，放入馬弗爐在60(TC煅燒0. 5h得到納米粉體。產物為95nm的 BiFe。.99Co。.。A(B位摻雜)納米粉體。
實施例20 稱取一定計量比的固體Fe(N03)3 9H20、 Bi (N03)3 5H20和Cr(N03)3 9H20 ;把反 應原料先後加入到48ml乙二醇中，在8(TC下機械攪拌3小時形成酒紅色的金屬陽離子與 乙二醇絡合溶液。其中，溶液中金屬陽離子的摩爾總濃度為0.4mol/L， Bi : Fe : Cr的摩 爾比為l : 0.98 : 0.02。室溫冷卻後把所得溶液倒入燒杯放入25(TC蒸發乾燥4小時以 上得到幹凝膠，研磨成粉，放入馬弗爐在60(TC煅燒0. 5h得到納米粉體。產物為96nm的 BiFe。.98Cr。.。203 (B位摻雜)納米粉體。
實施例21 稱取一定計量比的固體Fe(N03)3 *9H20、Bi (N03)3 *5H20 ;量取一定量的Mn(N03)2溶 液；把反應原料先後加入到48ml乙二醇中，在8(TC下機械攪拌3小時形成酒紅色的金屬陽 離子與乙二醇絡合溶液。其中，溶液中金屬陽離子的摩爾總濃度為0.4mol/L，Bi : Fe : Mn 的摩爾比為l : 0.98 : 0.02。室溫冷卻後把所得溶液倒入燒杯放入25(TC蒸發乾燥4 小時以上得到幹凝膠，研磨成粉，放入馬弗爐在60(TC煅燒0.5h得到納米粉體。產物為 96nmBiFe。.98Mn。.。203 (B位摻雜)納米粉體。
實施例22 稱取一定計量比的固體Fe(N03)3 9H20、 Bi (N03)3 5H20和Ni (N03)2 6H20 ;把反 應原料先後加入到48ml乙二醇中，在8(TC下機械攪拌3小時形成酒紅色的金屬陽離子與 乙二醇絡合溶液。其中，溶液中金屬陽離子的總摩爾濃度為0.4mol/L， Bi : Fe : Mn的 摩爾比為l : 0.99 : 0.01。室溫冷卻後把所得溶液倒入燒杯放入25(TC蒸發乾燥4小時 以上得到幹凝膠，研磨成粉，放入馬弗爐在60(TC煅燒0.5h得到納米粉體。產物為96nm BiFe0.99Ni0.0103(B位摻雜)納米粉體。
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權利要求
一種稀土/鹼土金屬及過渡金屬摻雜鐵酸鉍納米多鐵材料，其特徵在於該材料化學式為Bi1-xRxFe1-yMyO3，式中R為稀土/鹼土金屬元素，M為過渡金屬元素，0≤x≤0.30；0≤y≤0.02。
2. 根據權利要求1所述的納米多鐵材料，其特徵在於所述稀土金屬元素為Dy和La ;鹼 土金屬元素為Ca、 Sr和Ba ;過渡金屬元素為Cr、 Co、 Ni和Mn。
3. —種權利要求1所述納米多鐵材料的製備方法，其特徵在於該方法包括以下具體步驟第一步原料準備所用原料為:Fe(N03)3 9H20 ;Bi (N03)3 5H20 ;C2H602 ;R(N03)3 ;R203 ;M(N03)3 ;M(N03)2 ;添 加劑；其中R為稀土/鹼土金屬元素；M為過渡金屬元素；添加劑為PVA、NH2CH2C00I^P PEG ; 第二步反應液的配製分別稱取一定質量的固體Fe (N03) 3 9H20 ;Bi (N03) 3 5H20 ;R(N03) 3或/和R203 ;M(N03) 3 或M(NO丄溶於乙二醇，或配以添加劑，在50 8(TC下機械攪拌3小時形成金屬陽離子與 乙二醇絡合溶液；所述溶液中金屬陽離子的總摩爾濃度為0. 2 0. 5mol/L ;第三步靜置陳化取第二步配製的溶液，倒入燒杯在室溫靜置陳化0 2h ; 第四步蒸發乾燥取第三步得到的溶液，在160 25(TC烘箱中蒸發過多乙二醇形成凝膠，並持續乾燥 4 13h形成幹凝膠； 第五步熱處理把第四步獲得的幹凝膠用研缽磨細成粉，放入瓷坩堝，按下述任一種方式進行熱處理(1) 、在40(TC下短時間預燒三次，以排除碳化物和氮化物；然後在500 75(TC煅燒 0. 5小時得到納米多鐵材料；(2) 、在600 75(TC煅燒0. 5 22小時得到納米多鐵材料。
全文摘要
本發明公開的一種稀土/鹼土金屬及過渡金屬摻雜鐵酸鉍納米多鐵材料，其化學式為Bi1-xRxFe1-yMyO3，R為稀土金屬和鹼土金屬，M為過渡金屬，0≤x≤0.30；0≤y≤0.02。製備方法以硝酸鐵、硝酸鉍、稀土/鹼土金屬氧化物或硝酸鹽以及過渡金屬硝酸鹽為原料，以乙二醇為溶劑，或配以特定的添加劑，通過機械攪拌，形成均勻的乙二醇溶液，然後室溫陳化，所得溶液在160～250℃蒸發乾燥，在較低溫度下熱處理得到20～100nm稀土/鹼土金屬A位摻雜、過渡金屬B位摻雜以及稀土/鹼土金屬A位和過渡金屬B位共摻雜的鐵酸鉍納米粒子。本發明所得納米多鐵材料結晶質量穩定，在信息存儲、自旋電子器件磁傳感器、電容-電感一體化器件等領域有著廣泛的應用前景。
文檔編號B82B3/00GK101734725SQ20091019990
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月4日 優先權日2009年12月4日
發明者姜繼森, 楊惆, 錢方針 申請人:華東師範大學