一種鐵酸鉍基多鐵材料及其製備方法

2023-07-31 13:20:11 1

專利名稱：一種鐵酸鉍基多鐵材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種鐵酸鉍基多鐵材料及其製備方法，屬於電子陶瓷領域。
背景技術：
多鐵性材料既有鐵電性，又有鐵磁性，且在鐵電性與磁性之間有一定的相互作用。 通過施加一個磁場，既可誘導一個高度可重複的電極化切換(導致一種巨大的磁容效應)， 又可誘導產生一個永久的極化印記，因此很有可能成為下一代同時具有鐵電和鐵磁特性的新型存儲介質材料。Bii^eO3是少數在室溫條件下同時具有弱鐵電性與反鐵磁性的單相磁電多鐵材料，其鐵電相變的居裡溫度遠高於室溫，為830°C ；反鐵磁相變的奈爾溫度為380°C。 La0.67Ba0.33Mn03也是一種螺旋鐵磁材料，顯示出一種金屬到絕緣體的轉變。I^bTiO3是一種強鐵電材料，具有很高的電阻率。因此這三種鈣鈦礦材料複合可以得到具有較強鐵電和鐵磁、 且漏電流很小的多鐵材料，從而使多鐵材料走向商業應用成為可能。

發明內容
為了提高鐵酸鉍陶瓷的鐵電和鐵磁性能並降低其漏電流，本發明提供了一種三元鈣鈦礦鐵磁、鐵電固溶體的溶膠凝膠工藝，採用硝酸鐵、硝酸鉍、硝酸鑭、硝酸鋇、硝酸錳、醋酸鉛和鈦酸丁酯為原料，製備具有優良鐵電、鐵磁性能的鐵酸鉍基固溶體陶瓷粉體。本發明的技術方案是鐵酸鉍基多鐵材料的化學組成通式為(1-x-y)BiFeO3-XLEici.67B￡ia33Mn03-yPbTi03， 其中0 < χ < 0. 3，0 < y < 0. 3，X，y為摩爾分數。具體製備方法為(1)分析純級檸檬酸和硝酸鐵先後溶於去離子水或者無水乙醇中，檸檬酸的物質的量為硝酸鐵的5-15倍，去離子水或者無水乙醇的質量為檸檬酸的5-20倍；(2)拌步驟(1)所得的溶液並加熱到50-95攝氏度，持續0. 5-5小時，得到溶膠；(3)用氨水調節溶膠的PH值到0. 1-5 ；(4)持步驟O)的溫度，加入與步驟(1)中硝酸鐵相同物質的量的硝酸鉍，邊緩慢滴加，邊攪拌，防止有Bi (OH)3沉澱，得到含鉍的溶膠；(5)照(1-x-y)BiFeO3-XLiia67Ba。33Mn03-yPbTi03，其中0 < χ < 0. 3,0 < y < 0. 3, X，y為摩爾分數，依次往步驟(4)所得的溶膠中加入相應物質的量的硝酸鑭、硝酸鋇、硝酸錳、醋酸鉛和鈦酸丁酯，邊緩慢滴加，邊攪拌，防止有Ti (OH)4沉澱，得到含錳和鈦的溶膠；(6)步驟(5)所得的溶膠置於烘箱中，於80-140攝氏度脫水5-M小時，得到幹凝膠；(7)幹凝膠研碎，置於馬弗爐中，在500-1000攝氏度煅燒0. 2-4小時，得到鐵酸鉍
基多鐵材料。本發明的有益效果是採用溶膠凝膠方法製備了鐵酸鉍基多鐵材料，不僅大大提高了粉體中元素的均勻性，而且還有效地減少了第二相的生成。BWeO3具有弱鐵電性與反鐵磁性。IAl67Biia33MnO3是螺旋鐵磁材料，具有較好的磁性。I^bTiO3是一種強鐵電材料，具有很高的電阻率。這三種材料相互補充，提高鐵酸鉍的鐵電和鐵磁性能並降低其漏電流。


圖1為本發明0.92BiFe03-ο·03La067^ .S3MnO3-0.05inyri03粉體的紅外圖譜。
圖2為本發明0.80BiFe03-ο·IOLa0.67^ .S3MnO3-0.KM3TiO3粉體的紅外圖譜。
圖3為本發明0.75BiFe03-ο·20La0.67^ .S3MnO3-O.05PbTi03粉體的XRD圖譜。
具體實施例方式實施例1 用分析純級的硝酸鐵、硝酸鉍、檸檬酸、硝酸鑭、硝酸鋇、硝酸錳、醋酸鉛和鈦酸丁酯為原料，按化學計量比為0. 92BiFe03"0. 03La0.67Ba0.33Mn03-0. 05PbTi03進行稱量配料。將檸檬酸和硝酸鐵先後溶於去離子水中，檸檬酸的物質的量為硝酸鐵的6倍，去離子水的質量為檸檬酸的12倍；攪拌並加熱到70攝氏度，持續1小時；使用氨水調節溶膠的PH值到 1 ；加入與硝酸鐵相同物質的量的硝酸鉍，邊緩慢滴加，邊攪拌，防止有Bi (OH)3沉澱，得到含鉍的溶膠；按照0. 92BiFe03-0. 03La0.67Ba0.33Mn03-0. 05PbTi03的化學計量比，加入相應物質的量的硝酸鑭、硝酸鋇、硝酸錳、醋酸鉛和鈦酸丁酯，邊緩慢滴加，邊攪拌，防止有Ti (OH)4沉澱，得到含錳和鈦的溶膠；將溶膠置於烘箱中，於90攝氏度脫水14小時，得到幹凝膠；將幹凝膠研碎，置於馬弗爐中，在600攝氏度煅燒1小時，得到鈦鐵酸鉍粉體。圖1給出了 0. 92B IFeO3-O. 03La0.67Ba0.33Mn03-0. 05PbTi03 粉體的紅外圖譜。實施例2:用分析純級的硝酸鐵、硝酸鉍、檸檬酸、硝酸鑭、硝酸鋇、硝酸錳、醋酸鉛和鈦酸丁酯為原料，按化學計量比為0. 80BiFe03-0. IOLa0.67Ba0.33Mn03-0. IOPbTiO3進行稱量配料。將檸檬酸和硝酸鐵先後溶於無水乙醇中，檸檬酸的物質的量為硝酸鐵的9倍，無水乙醇的質量為檸檬酸的11倍；攪拌並加熱到60攝氏度，持續0. 6小時；使用氨水調節溶膠的PH值到 1 ；加入與硝酸鐵相同物質的量的硝酸秘，邊緩慢滴加，邊攪拌，防止有Bi (OH)3沉澱，得到含鉍的溶膠；按照0. 80BiFe03-0. IOLa0.67Ba0.33Mn03-0. IOPbTiO3的化學計量比，加入相應物質的量的硝酸鑭、硝酸鋇、硝酸錳、醋酸鉛和鈦酸丁酯，邊緩慢滴加，邊攪拌，防止有Ti (OH)4 沉澱，得到含錳和鈦的溶膠；將溶膠置於烘箱中，於90攝氏度脫水8小時，得到幹凝膠；將幹凝膠研碎，置於馬弗爐中，在700攝氏度煅燒0. 5小時，得到鈦鐵酸鉍粉體。圖2給出了 0. 8OBiFeO3-O. IOLa0.67Ba0.33Mn03-0. IOPbTiO3 粉體的紅外圖譜。實施例3 用分析純級的硝酸鐵、硝酸鉍、檸檬酸、硝酸鑭、硝酸鋇、硝酸錳、醋酸鉛和鈦酸丁酯為原料，按化學計量比為0. 75BiFe03-0 . 20La0.67Ba0.33Mn03-0. 05PbTi03進行稱量配料。將檸檬酸和硝酸鐵先後溶於去離子水中，檸檬酸的物質的量為硝酸鐵的14倍，去離子水的質量為檸檬酸的18倍；攪拌並加熱到85攝氏度，持續2小時；使用氨水調節溶膠的PH值到 1 ；加入與硝酸鐵相同物質的量的硝酸鉍，邊緩慢滴加，邊攪拌，防止有Bi (OH) 3沉澱，得到含鉍的溶膠；按照0. 75BiFe03-0. 20La0.67Ba0.33Mn03-0. 05PbTi03的化學計量比，加入相應物質的量的硝酸鑭、硝酸鋇、硝酸錳、醋酸鉛和鈦酸丁酯，邊緩慢滴加，邊攪拌，防止有Ti (OH)4 沉澱，得到含錳和鈦的溶膠；將溶膠置於烘箱中，於120攝氏度脫水16小時，得到幹凝膠； 將幹凝膠研碎，置於馬弗爐中，在900攝氏度煅燒2小時，得到鈦鐵酸鉍粉體。圖3給出了 0. 75BiFeO3-O. 20La0 67Ba0.33Mn03-0. O5PbTiO3 粉體的 XRD 圖譜。
權利要求
1.一種鐵酸鉍基多鐵材料，其特徵在於鐵酸鉍基多鐵材料的化學組成通式為 (1-x-y) BiFe03-xL￡i。.67B￡t。jMn03-yPbTi03，其中0 < χ < 0. 3,0 < y < 0. 3，χ, y 為摩爾分數。
2.如權利要求1所述的鐵酸鉍基多鐵材料的製備方法，其特徵在於具體步驟為(1)分析純級檸檬酸和硝酸鐵先後溶於去離子水或者無水乙醇中，檸檬酸的物質的量為硝酸鐵的5-15倍，去離子水或者無水乙醇的質量為檸檬酸的5-20倍；(2)拌步驟(1)所得的溶液並加熱到50-95攝氏度，持續0.5-5小時，得到溶膠；(3)用氨水調節溶膠的PH值到0.1-5 ；(4)持步驟(2)的溫度，加入與步驟⑴中硝酸鐵相同物質的量的硝酸鉍，邊緩慢滴加， 邊攪拌，防止有Bi (OH)3沉澱，得到含鉍的溶膠；(5)照(1-x-y)BiFeO3-XLiici.67Ba。33Mn03-yPbTi03，其中0 < χ < 0. 3,0 < y < 0. 3, χ, y為摩爾分數，依次往步驟(4)所得的溶膠中加入相應物質的量的硝酸鑭、硝酸鋇、硝酸錳、 醋酸鉛和鈦酸丁酯，邊緩慢滴加，邊攪拌，防止有Ti (OH)4沉澱，得到含錳和鈦的溶膠；(6)步驟(5)所得的溶膠置於烘箱中，於80-140攝氏度脫水5-M小時，得到幹凝膠；(7)幹凝膠研碎，置於馬弗爐中，在500-1000攝氏度煅燒0.2-4小時，得到鐵酸鉍基多鐵材料。
全文摘要
本發明公開了一種鐵酸鉍基多鐵材料及其製備方法。鐵酸鉍基多鐵材料的化學組成通式為(1-x-y)BiFeO3-xLa0.67Ba0.33MnO3-yPbTiO3，其中0＜x＜0.3，0＜y＜0.3，x，y為摩爾分數。用分析純級的硝酸鐵、硝酸鉍、檸檬酸、硝酸鑭、硝酸鋇、硝酸錳、醋酸鉛和鈦酸丁酯為原料，按化學計量比為(1-x-y)BiFeO3-xLa0.67Ba0.33MnO3-yPbTiO3進行稱量配料配料，經過溶解、調節pH值、製成溶膠、製成凝膠、乾燥以及煅燒等工序，最終成分均勻的鐵酸鉍基陶瓷粉體。本發明方法通過與強鐵磁材料和強鐵電複合製備了具有漏電流低的高性能鐵電-鐵磁材料。
文檔編號C04B35/626GK102173764SQ20111000624
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月11日 優先權日2011年1月11日
發明者劉來君, 吳枚霞, 方亮, 蘇聰學, 黃延民 申請人:桂林理工大學