具有室溫鐵磁性TiO₂的納米粉末材料的製備方法

2023-06-08 00:15:31 1

專利名稱：具有室溫鐵磁性TiO2的納米粉末材料的製備方法
技術領域：
本發明涉及稀磁半導體粉末材料的製備技術。
背景技術：
以研究和控制電子作為電荷負載體的輸運特性為主要內容的微電子學是上世紀人類最偉大的創造之一，微電子技術正以moore定律在快速向前發展。在目前的信息技術中信息處理和信息儲存是分開進行的。如果能夠同時利用電子的電荷和自旋兩種信息載體，設計、開發一種全新的電子器件，就有可能引導出 全新的信息處理和存儲模式，也會大大提升信息處理的能力，這就是自旋電子學所研究的問題。稀磁半導體被認為是最有可能實現用自旋自由度來製造自旋電子器件的主導材料。自從2001年日本學者Matsumoto等在Co: TiO2體系中發現室溫鐵磁性以來，世界各國廣泛開展了 TiO2基稀磁半導體的研究工作.Co摻雜TiO2基稀磁半導體的製備有多種方法，如分子束外延法，磁控濺射法，脈衝雷射沉積法，離子注入法，溶膠-凝膠法等，而不同的生長方法對其性質有很大的影響.其中，溶膠-凝膠具有工藝設備簡單，易操作，成本低廉，可以在較低溫度下製備純度較高、粒徑分布較窄、化學成分可控的納米粒子等優點，使得該方法在TiO2基稀磁半導體的製備方面應用較為廣泛.目前，在空氣中通過溶膠凝膠法製備摻雜TiO2基稀磁半導體的過程中，多數研究者通過旋塗或浸潰提拉將其製備成薄膜，而製備成納米顆粒相對很少，主要因為納米顆粒的磁性多為順磁性。

發明內容
本發明的目的是提供一種具有室溫鐵磁性TiO2的納米粉末材料的製備方法。本發明是具有室溫鐵磁性TiO2的納米粉末材料的製備方法，其步驟為
製備穩定的溶膠液體
(1)將2.5mol/L 3. OmoI/L鈦酸丁酯([CH3 (CH2) 30] 4Τ )和無水乙醇按體積I: I. 5 1:2充分混合；
(2)向混合溶液中滴加體積比佔O.I O. 2的濃度為17. 5mol/L冰乙酸作為螯合劑，攪拌10 15分鐘得到溶液A ;
(3)稱量體積比佔O.05 O. I的去離子水加入到體積比佔O. 5 O. 7的無水乙醇中，再加入體積比佔O. 02 O. 04的濃度為16mol/L濃硝酸作為催化劑，得到溶液B ；
(4)在劇烈攪拌的情況下，將溶液B緩慢滴加到溶液A中，得到溶液C;
(5)繼續攪拌Ih，得到溶液D;
(6)室溫陳化3h，得到穩定的溶膠；
獲取具有室溫磁性的TiO2納米粉末
(7)將溶膠放入溫度為80°C的乾燥箱中乾燥15h 30h，得到幹凝膠；
(8)用馬氏爐將幹凝膠在空氣氛圍中在退火溫度為400°C 600°C下進行退火處理，退火時間為lh，得到未摻雜TiO2的納米粉末。
本發明是通過在空氣中退火來製備未摻雜的TiO2粉末材料的方法來獲得具有室溫鐵磁性的新型稀磁半導體材料。利用溶膠-凝膠法製備的TiO2粉體材料在空氣氣氛中退火，製備出具有室溫鐵磁性的TiO2粉體，並且在TiO2粉體材料中觀察到的室溫鐵磁性，與在真空或氧分壓較低的條件下製備的TiO2薄膜材料相比，具有良好的稀磁結果。本發明的製備方法簡單易行，成本低廉。


圖I是空氣氣氛下退火溫度為450°C的TiO2納米粉末的SEM圖，圖2是空氣氣氛下退火溫度為550°C的TiO2納米粉末的SEM圖像，圖3是空氣氣氛中退火溫度為450°C的TiO2納米粉末的EDS圖譜，圖4空氣氣氛中退火溫度為550°C的T iO2納米粉末的EDS圖譜，圖5是空氣氣氛中退火溫度為450°C的TiO2納米粉末XPS精細譜的Ti 2p部分，圖6是空氣氣氛中退火溫度為550°C的TiO2納米粉末XPS精細譜的Ti 2p部分，圖7空氣氣氛中退火溫度為450°C的TiO2納米粉末XPS精細譜的Ols部分，圖8空氣氣氛中退火溫度為550°C的TiO2納米粉末XPS精細譜的O Is部分，圖9室溫下空氣氛圍中退火溫度分別為450°C和550°C下的TiO2納米粉末的M-H圖。
具體實施例方式本發明是具有室溫鐵磁性TiO2的納米粉末材料的製備方法，其步驟為
(I)製備穩定的溶膠液體
將 2. 5mol/L 3. OmoI/L 鈦酸丁酯([CH3 (CH2) 30] 4Ti )和無水乙醇按體積 1:1. 5 ~1:2充分混合，然後向混合溶液中滴加體積比佔O. I O. 2的濃度為17. 5mol/L冰乙酸(CH3C00H)作為螯合劑，攪拌10 15分鐘得到溶液A ;稱量體積比佔O. 05 O. I的去離子水加入到體積比佔O. 5 O. 7的無水乙醇中，再加入體積比佔O. 02 O. 04的濃度為16mol/L濃硝酸作為催化劑，得到溶液B。在劇烈攪拌的情況下，將溶液B緩慢滴加到溶液A中，得到溶液C。繼續攪拌I h，得到溶液D。室溫陳化3 h，得到穩定的溶膠。(2)獲取具有室溫磁性的TiO2納米粉末
將步驟(I)中得到的溶膠放入溫度為80°c的乾燥箱中乾燥15h 30h得到幹凝膠，然後用馬氏爐將幹凝膠在空氣氛圍中在退火溫度為450°C 600°C下進行退火處理，退火時間為lh，得到未摻雜TiO2納米粉末。下面通過更為具體的實施例展開本發明。實施例I :
(I)製備穩定的溶膠液體
將10 ml濃度為3. Omol/L鈦酸丁酯([CH3(CH2)30]4Ti)在劇烈攪拌的情況下滴加到15 ml無水乙醇當中，再向裡面滴加I. 5ml濃度為17. 5mol/L的冰乙酸(CH3C00H)作為螯合齊U，攪拌10 15分鐘得到溶液A ;稱量O. 2 ml去離子水加入5ml無水乙醇中，再加入O. 25ml濃度為16mol/L的濃硝酸作為催化劑，得到溶液B。在劇烈攪拌的情況下，將溶液B緩慢滴加到溶液A中，得到溶液C。繼續攪拌I h，得到溶液D。室溫陳化3 h，得到穩定的溶膠。(2)獲取具有室溫磁性的TiO2納米粉末
將步驟(I)中得到的溶膠放入溫度為80°c的乾燥箱中乾燥15h 30h得到幹凝膠，然後用馬氏爐將幹凝膠在空氣氛圍中在退火溫度為450°C下進行退火處理，退火時間為lh，得到未摻雜TiO2納米粉末。圖I所示為在空氣氣氛下退火溫度為450°C的TiO2納米粉末的SEM圖，圖3所示為在空氣氣氛中退火溫度為450°C的TiO2納米粉末的EDS圖譜，圖5所示為在空氣氣氛中退火溫度為450°C的TiO2納米粉末XPS精細譜的Ti 2p部分，圖7所示為在空氣氣氛中退火溫度為450°C的TiO2納米粉末XPS精細譜的O Is部分。實施例2
(I)製備穩定的溶膠液體
將12 ml濃度為2. 5 mol/L鈦酸丁酯([CH3(CH2)30]4Ti)在 劇烈攪拌的情況下滴加到30ml無水乙醇當中，再向裡面滴加2ml濃度為17. 5mol/L的冰乙酸(CH3C00H) 作為螯合劑，攪拌10 15分鐘得到溶液A ;稱量O. 3 ml去離子水加入7 ml無水乙醇中，再加入O. 4 ml濃度為16mol/L的濃硝酸作為催化劑，得到溶液B。在劇烈攪拌的情況下，將溶液B緩慢滴加到溶液A中，得到溶液C。繼續攪拌I h，得到溶液D。室溫陳化3 h，得到穩定的溶膠。(2)獲取具有室溫磁性的TiO2納米粉末
將步驟(I)中得到的溶膠放入溫度為80°c的乾燥箱中乾燥15h 30h得到幹凝膠，然後用馬氏爐將幹凝膠在空氣氛圍中在退火溫度為550°C下進行退火處理，退火時間為lh，得到未摻雜TiO2納米粉末。圖2所示為在空氣氣氛下退火溫度為550°C的TiO2納米粉末的SEM圖像，圖4所示為在空氣氣氛中退火溫度為550°C的TiO2納米粉末的EDS圖譜，圖6所示為在空氣氣氛中退火溫度為550°C的TiO2納米粉末XPS精細譜的Ti 2p部分，圖8所示為在空氣氣氛中退火溫度為550°C的TiO2納米粉末XPS精細譜的O Is部分。實施例3:
(I)製備穩定的溶膠液體
將15 ml濃度為2. 5 mol/L鈦酸丁酯([CH3(CH2)30]4Ti)在劇烈攪拌的情況下滴加到20 ml無水乙醇當中，再向裡面滴加3ml濃度為17. 5mol/L的冰乙酸(CH3C00H)作為螯合齊U，攪拌10 15分鐘得到溶液A ;稱量O. 8 ml去離子水加入5 ml無水乙醇中，再加入O. 5ml濃度為16mol/L的濃硝酸作為催化劑，得到溶液B。在劇烈攪拌的情況下，將溶液B緩慢滴加到溶液A中，得到溶液C。繼續攪拌I h，得到溶液D。室溫陳化3 h，得到穩定的溶膠。(2)獲取具有室溫磁性的TiO2納米粉末
將步驟(I)中得到的溶膠放入溫度為80°c的乾燥箱中乾燥15h 30h得到幹凝膠，然後用馬氏爐將幹凝膠在空氣氛圍中在退火溫度為600°C下進行退火處理，退火時間為lh，得到未摻雜TiO2納米粉末。圖9所示為在室溫下空氣氛圍中退火溫度分別為450°C和550°C下的TiO2納米粉末的M-H圖。
權利要求
1.具有室溫鐵磁性TiO2的納米粉末材料的製備方法，其步驟為 製備穩定的溶膠液體 (1)將2.5mol/L 3. OmoI/L鈦酸丁酯([CH3 (CH2) 30] 4Τ )和無水乙醇按體積I: I. 5 1:2充分混合； (2)向混合溶液中滴加體積比佔O.I O. 2的濃度為17. 5mol/L冰乙酸作為螯合劑，攪拌10 15分鐘得到溶液A ; (3)稱量體積比佔O.05 O. I的去離子水加入到體積比佔O. 5 O. 7的無水乙醇中，再加入體積比佔O. 02 O. 04的濃度為16mol/L濃硝酸作為催化劑，得到溶液B ； (4)在劇烈攪拌的情況下，將溶液B緩慢滴加到溶液A中，得到溶液C； (5)繼續攪拌Ih，得到溶液D; (6)室溫陳化3h，得到穩定的溶膠； 獲取具有室溫磁性的TiO2納米粉末 (7)將溶膠放入溫度為80°C的乾燥箱中乾燥15h 30h，得到幹凝膠； (8)用馬氏爐將幹凝膠在空氣氛圍中在退火溫度為400°C 600°C下進行退火處理，退火時間為lh，得到未摻雜TiO2的納米粉末。
全文摘要
具有室溫鐵磁性TiO2的納米粉末材料的製備方法，利用溶膠-凝膠法製備的TiO2粉體材料在空氣氣氛中退火，製備出具有室溫鐵磁性的TiO2粉體，並且在TiO2粉體材料中觀察到的室溫鐵磁性，與在真空或氧分壓較低的條件下製備的TiO2薄膜材料相比，具有良好的稀磁結果。
文檔編號B82Y40/00GK102765753SQ20121024287
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月15日 優先權日2012年7月15日
發明者姜金龍, 戴劍鋒, 李松慄, 李維學, 李青彪, 梁紀鋒, 王青, 霍曉迪, 魏學剛 申請人:蘭州理工大學