一種熔鹽法製備斜方六面體單晶鐵酸鉍粉體的方法

2023-05-01 23:48:21 1

專利名稱：一種熔鹽法製備斜方六面體單晶鐵酸鉍粉體的方法
技術領域：
本發明涉及一種多鐵性鐵酸鉍粉體的製備方法，具體地說是一種熔鹽法製備斜方六面體單晶鐵酸鉍粉體的方法，本方法能夠較低溫度合成單相的多鐵性鐵酸鉍粉體材料。
背景技術：
多鐵性材料是指同時具有鐵電性、鐵磁性和鐵彈性中兩種或者兩種以上的多功能材料。這類材料通過電、磁功能之間耦合效應，即通過電場控制材料的磁性或者磁場控制材料的電極化，從而使得這類材料能夠廣泛應用於換能器、磁電傳感器、自旋電子器件、新型存儲器件等高技術領域。鐵酸鉍(BiFeO3)是目前發現的為數不多在室溫下是單相且具有多鐵性能的功能材料之一。鐵酸鉍具有鐵電性和反鐵磁性，並伴隨弱的鐵磁性，同時具有較高的 Neel 溫度(TN=643K)和 Curie 溫度(Tc=1103K)。
目前已報導的BiFeO3粉體合成方法主要有固相法和液相法。固相法合成溫度高，一般都高於BiFe03粉體的Curie溫度，因此常常伴隨有Bi2Fe4O9等雜質相的出現，得不到BiFeO3純相，必須通過稀硝酸清洗其中雜相。即使通過快速升溫燒結法、淬火法等改進的固相法可以獲得單相BiFeO3粉體，但需要快速升溫Γ ΟΟ /min)，燒結後立刻從爐中取出樣品淬火至室溫等特殊要求。液相法也是一類普遍採用的合成方法，包括溶膠-凝膠法、化學沉澱法、水熱法等。液相法雖然具有合成溫度低、BiFeO3粉體的純度高、顆粒細小均勻等優點，但這些方法普遍存在工藝步驟多、合成周期相對較長、產量低、成本高等缺點，不利於大規模工業化生產。至今國內未見關於熔鹽法製備BiFeO3粉體的報導，國外相關報導也很少，JunChen等人以NaCl和Na2SO4為熔鹽，在800_820°C範圍內，僅需20min合成了單相BiFeO3粉體，但是這種以NaCl和Na2SO4為熔鹽的合成溫度較高、溫度範圍十分窄(大約20°C)，不利於實際生產控制。

發明內容
本發明旨在提供一種熔鹽法製備斜方六面體單晶鐵酸鉍粉體的方法，所要解決的技術問題是在保證鐵酸鉍單相以及純度的前提下降低製備溫度，使製備過程易於工業化生產。本發明解決技術問題採用如下技術方案本發明熔鹽法製備斜方六面體單晶鐵酸鉍粉體的方法，其特徵在於將Fe2O3和Bi2O3按配比量混合，加入熔鹽後溼球磨，溼球磨結束後乾燥並於650-800°C煅燒1-3小時，隨爐冷卻至室溫後用去離子水洗滌並乾燥即得成品；所述配比量是指Fe2O3和Bi2O3按化學式BiFeO3所限定的比例稱取的量。煅燒溫度優選650_750°C。所述熔鹽為KCl和/或KBr ;所述熔鹽的質量與Fe2O3和Bi2O3總質量之比為O. 4-1. O :1。
所述熔鹽優選KCl和KBr，KCl和KBr的摩爾比為1:1。溼球磨使用的溶劑為無水乙醇。本發明合成的單相的B i FeO3粉體為斜方六面體、單晶結構，平均粒徑控制在O. 5-1 μ m0本發明在較低溫度下(650_750°C)合成了斜方六面體單晶BiFeO3粉體，粒度分布均勻且製備過程具有很好的可重複性，能夠滿足BiFeO3S鐵性元器件提出的高可靠性、多功能的要求。本發明的主要優點通過KC1、KBr及KCl和KBr複合鹽作為熔鹽，調整煅燒溫度和反應時間等來控制BiFeO3粉體材料的微觀形貌及尺寸，在較低溫度下可以合成得到較純的、粒度分布均勻且製備過程具有很好的可重複性的斜方六面體單晶BiFeO3粉體，可以應用於多鐵性BiFeO3材料研究和生產。
四

圖I為本發明方法製備的BiFeO3粉體的XRD圖。其中曲線⑴為煅燒溫度700°C，曲線(2)為煅燒溫度750°C，曲線(3)為煅燒溫度800°C。從圖I中可以看出，採用KCl和KBr複合鹽，750°C煅燒2小時合成得到單相的BiFeO3粉體。圖2為本發明方法製備的BiFeO3粉體的FESEM圖。從圖2中可以看出BiFeO3粉體粒徑約為O. 6 μ m，顆粒尺寸均勻，呈斜方六面體狀。圖3為本發明方法製備的BiFeO3粉體的TEM圖。圖4為本發明方法製備的BiFeO3粉體的電子衍射圖譜。從圖4中可以看出為典型的單晶衍射圖譜。
五具體實施例方式下面結合說明書附圖和具體實施例對本發明做進一步地描述。實施例I :按照Fe =Bi摩爾比為I : I的比例稱取3. 0670g Fe2O3和8. 9329g Bi2O3,按熔鹽與原料質量比1:1稱取熔鹽KCl 4. 6261g和KBr 7. 3772g，其中KCl :KBr摩爾比為I : I ;以無水乙醇為介質將混合後的Fe203、Bi203與熔鹽溼球磨2小時，球磨結束後乾燥，然後在750°C煅燒2小時，隨爐冷卻至室溫，再用去離子水充分清洗，去除KCl和KBr，即可得到BiFeO3粉體。圖I、圖2、圖3是以KCl和KBr複合鹽為熔鹽，在不同溫度保溫2小時BiFeO3粉體的X-射線衍射圖譜和晶粒形貌。X-射線衍與電子衍射圖譜表明熔鹽法製備了單相、斜方六面體的BiFeO3粉體。實施例2 按照Fe =Bi摩爾比為I : I的比例稱取3. 0640gFe203和8. 9341g Bi2O3,按熔鹽與原料的質量比I :1稱取熔鹽KCl 11. 984g ;以無水乙醇為介質將混合後的Fe203、Bi2O3與KCl溼球磨2小時，球磨結束後乾燥，然後在750°C煅燒2小時，隨爐冷卻至室溫，再用去離子水充分清洗，去除KC1，即可得到BiFeO3粉體。實施例3
按照Fe Bi摩爾比為I : I稱取3. 0670g Fe2O3和8. 9329gBi203,按熔鹽與原料的質量比I : I稱取熔鹽KBr 12. 0024g ；以無水乙醇為介質將混合後的Fe203、Bi203與熔鹽溼球磨2小時，球磨結束後乾燥，在750°C煅燒2小時，隨爐冷卻至室溫，再用去離子水充分清洗，去除KBr，即可得到BiFeO3粉體。實施例4 按照Fe =Bi摩爾比為I : I稱取3. 0674gFe203和8. 9348gBi203,按熔鹽與原料的質量比O. 4 :1. O稱取熔鹽KCl 1.8484g和KBr 2. 9517g，其中KCl與KBr摩爾比為I 1 ;以無水乙醇為介質將混合後的Fe203、Bi203與熔鹽溼球磨2小時，球磨結束後乾燥，在750°C煅燒2小時，隨爐冷卻至室溫，再用去離子水充分清洗，去除KCl和KBr，即可得到BiFeO3粉體。實施例5:
按照Fe =Bi摩爾比為I : I稱取3. 0686g Fe2O3和8. 9380g Bi2O3,按熔鹽與原料質量比O. 8 1稱取熔鹽KC13. 6989g和KBr 5. 9013g，其中KCl與KBr摩爾比為I 1 ;以無水乙醇為介質將混合後的Fe203、Bi203與熔鹽溼球磨2小時，球磨結束後乾燥，在650°C煅燒3小時，隨爐冷卻室溫後的樣品經去離子水充分清洗，去除KCl和KBr，即可得到BiFeO3粉體。實施例6 按照Fe =Bi摩爾比為I :1稱取3. 067IgFe2O3和8. 9310gBi203，按熔鹽與原料質量比1:1稱取熔鹽KCl 4. 6217g和KBr 7. 3362g，其中KCl與KBr摩爾比為I : I ;以無水乙醇為介質將混合後的Fe203、Bi203與熔鹽溼球磨2小時，球磨結束後乾燥，在800°C煅燒3小時，隨爐冷卻至室溫，再用去離子水充分清洗，去除KCl和KBr，即可得到BiFeO3粉體。
權利要求
1.一種熔鹽法製備斜方六面體單晶鐵酸鉍粉體的方法，其特徵在於 將Fe2O3和Bi2O3按配比量混合，加入熔鹽後溼球磨，溼球磨結束後乾燥並於650-800°C煅燒1-3小時，隨爐冷卻至室溫後用去離子水洗滌並乾燥即得成品； 所述熔鹽為KCl和/或KBr ;所述熔鹽的質量與Fe2O3和Bi2O3總質量之比為O. 4-1. O Io
2.根據權利要求I所述的製備方法，其特徵在於 所述熔鹽為KCl和KBr，KCl和KBr的摩爾比為1:1。
3.根據權利要求I所述的製備方法，其特徵在於 溼球磨使用的溶劑為無水乙醇。
4.根據權利要求I所述的製備方法，其特徵在於 煅燒溫度為650-750°C。
全文摘要
本發明公開了一種熔鹽法製備斜方六面體單晶鐵酸鉍粉體的方法，是將Fe2O3和Bi2O3按配比量混合，加入熔鹽後溼球磨，溼球磨結束後乾燥並於650-800℃煅燒1-3小時，隨爐冷卻至室溫後用去離子水洗滌並乾燥即得成品；所述熔鹽為KCl和/或KBr。本發明通過KCl、KBr及KCl和KBr複合鹽作為熔鹽，調整煅燒溫度和反應時間等來控制BiFeO3粉體材料的微觀形貌及尺寸，在較低溫度下可以合成得到較純的、粒度分布均勻且製備過程具有很好的可重複性的斜方六面體單晶BiFeO3粉體，可以應用於多鐵性BiFeO3材料研究和生產。
文檔編號C30B29/22GK102817067SQ201210315050
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月30日 優先權日2012年8月30日
發明者劉銀, 錢潛, 陳晨, 閔凡飛, 張明旭, 朱金波 申請人:安徽理工大學