[發(fā)明專利]一種低頻多鐵性顆粒磁電復(fù)合材料及其制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010227794.7
• 申請(qǐng)日: 2010-07-15
• 公開（公告）號(hào): CN101913867A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周云;姚雪燦;李同偉;張金倉(cāng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/495
• 分類號(hào): C04B35/495;C04B35/622
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有磁電耦合效應(yīng)的無鉛無毒的低頻多鐵性納米顆粒磁電復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

在器件微型化、需求多樣化的現(xiàn)代生活和生產(chǎn)中，越來越迫切的需要同時(shí)具備多功能的材料，多鐵性材料就是其中的一類典型代表。多鐵性材料同時(shí)具備鐵電、鐵磁等多種磁性，而且由于不同鐵性之間的耦合作用，而具有磁電效應(yīng)等新的性能，大大開拓了鐵性材料的應(yīng)用范圍。磁電效應(yīng)是指施加磁場(chǎng)引起電極化變化的效應(yīng)，或者施加電場(chǎng)引起磁極化變化的效應(yīng)。磁電電壓耦合系數(shù)是表征材料磁電耦合效應(yīng)的一個(gè)重要指標(biāo)，其定義為α_E＝dE/dH，其中，E為材料的電場(chǎng)輸出，H為所施加的外部磁場(chǎng)。磁電耦合效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)為發(fā)展基于鐵電-磁性集成效應(yīng)的新型信息存儲(chǔ)處理以及磁電器件等技術(shù)提供了巨大的應(yīng)用潛力。

目前，具有磁電效應(yīng)的材料可分為三大類，包括單相化合物多鐵性材料、復(fù)相顆?；旌隙噼F性材料和層狀多鐵性材料。一般復(fù)合材料具有比單相化合物高得多的磁電效應(yīng)，目前報(bào)道的單相材料中磁電系數(shù)比較大的值也只有60μV·cm^-1·Oe^-1，因此復(fù)合材料一直是人們研究和開發(fā)的重點(diǎn)。第一個(gè)磁電復(fù)合材料是在20世紀(jì)70年代被報(bào)道出來的，是將壓電材料BaTiO₃和壓磁材料CoFe₂O₄的顆粒復(fù)合在一起形成兩相的多鐵性磁電材料。隨后，類似的諸如Co_0.9Cd_0.1Fe₂O₄/PZT、CoFe₂O₄/BaTiO₃、Ni_0.8Zn_0.2Fe₂O₄/Sr_0.5Ba_0.5Nb₂O₆、NiFe₂O₄/Ba_0.8Sr_0.2TiO₃和Bi_0.8La_0.2FeO₃/CoFe₂O₄等磁電材料都被合成出來并得到具體的研究。但是這些復(fù)相顆?；旌隙噼F性材料中大都含有有害物質(zhì)鉛，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，不利于長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮。另外一些復(fù)相顆粒混合多鐵性材料中的Ba元素的氧化物原料也是有毒物質(zhì)，不利于工業(yè)大量生產(chǎn)。中國(guó)專利ZL03132167.4報(bào)道的縱向耦合模式下的磁電復(fù)合材料矩形片在一階縱向共振頻率約60KHz時(shí)的磁電電壓系數(shù)也達(dá)到了8.7V/(cm·Oe)。盡管這些磁電復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)的磁電效應(yīng)有大幅度提高，但是它們的工作頻率卻較高，這使能量在耦合過程中的損耗較大，從而降低了磁電耦合的能量轉(zhuǎn)換效率。層狀磁電復(fù)合材料相對(duì)于之前的顆粒復(fù)合材料，克服了以往體系的電阻率低，不容易極化等弱點(diǎn)，磁電性能有巨大提高，從mV/(cm·Oe)級(jí)別突破到V/(cm·Oe)級(jí)別，可以說是磁電復(fù)合材料制備上的一大飛躍。但是層狀復(fù)合材料在復(fù)合中往往使用樹脂類膠將鐵電相和鐵磁相粘合在一起，所以容易脫落和老化，不易長(zhǎng)久保存和使用，在實(shí)際使用中往往受到限制。此外，絕大部分復(fù)合材料所采用的壓電相材料都含有鉛，這對(duì)環(huán)境會(huì)帶來很大的污染。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種無毒無害，磁電耦合系數(shù)較好，經(jīng)久耐用，在較低工作頻率下工作的復(fù)相納米顆粒混合多鐵性材料。

鐵酸鈷(CoFe₂O₄)是眾所周知的具有尖晶石結(jié)構(gòu)的磁性材料，它具有高電阻率和高壓磁系數(shù)的特性。盡管鋯鈦酸鉛(Pb(Zr，Ti)O₃)比一般的壓電材料具備更高的壓電系數(shù)，但是從環(huán)保的角度來看，急需發(fā)展新的材料用以替代這類含鉛的壓電類材料。鈮酸鈉鉀基類壓電材料，尤其是0.948(K_0.5Na_0.5)NbO₃-0.052LiSbO₃(KNN-LS5.2)無鉛無毒壓電陶瓷是很理想的一個(gè)替代品，它在室溫下展示出高自發(fā)極化、高介電常數(shù)和高壓電系數(shù)，其k₃₃～62％和d₃₃～265pC/N。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。