[發明專利]稀土石榴石型鐵氧體化合物及其制備方法

無效

• 申請號: 201019100013.5
• 申請日: 2010-02-08
• 公開（公告）號: CN101811738A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: 馮守華;郭麗;袁宏明;陳巖;黃科科
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C01G49/00
• 分類號: C01G49/00
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王恩遠

技術領域

本發明屬于無機材料及其制備工藝的技術領域，涉及高溫熱力學不穩定的離 子半徑大的稀土(Pr³⁺，Nd³⁺)石榴石型鐵氧體化合物，以及其他稀土石榴石型 鐵氧體化合物的水熱制備。

背景技術

石榴石型鐵氧體化合物的分子式類似于天然石榴石R₃Al₂(SiO₄)₃，R為Fe 或Mn，晶體結構屬于體心立方系，空間群為la-3d。每個晶胞包含8個分子式， Fe離子分別占據24個四面體中心間隙(24d)和16個八面體中心間隙(16a)。 Y³⁺或其他三價稀土元素離子或其他離子半徑稍大元素則位于24個十二面體的 中心(24c)，這十二面體由八個近鄰氧離子構成，四個距離較近，四個距離較 遠。石榴石型鐵氧體化合物的元素替代在近年來是大量研究人員的關注焦點。已 有的研究成果表明：離子半徑大小是決定其進入某一晶位的關鍵。另外，離子的 電子組態也有重要影響。一般地說，離子半徑稍大者，如Ca²⁺、Na¹⁺、Y³⁺、Sr²⁺以及重稀土離子容易進入c位；但離子半徑超過了一定限度就很難進入c位，如， 位于鑭系之首的幾種大離子半徑的元素(La³⁺、Pr³⁺、Nd³⁺)便因離子半徑大就 難以完全填入c位，而和其他小的離子(如Y³⁺)以一定量的比例一起填入c位 容易一些(S.GELLER.J.Appl.Phys.31，30s(1960))。稀土離子在十二面體中與八 面體和四面體共邊，原子間的距離主要取決于稀土離子半徑，所以稀土石榴石型 鐵氧體的穩定性主要被稀土離子半徑支配。最大的負的吉布斯自由能改變ΔG⁰是Tb₃Fe₅O₁₂，其他稀土離子應變鍵長和鍵角導致比Tb₃Fe₅O₁₂小的吉布斯自由 能改變，對于La³⁺、Pr³⁺、Nd³⁺吉布斯自由能迅速增加在高溫甚至達到大于零 (N.Kimizuka.J.Solid?State?Chem.49(1983)65)。由于上述原因，如《凝聚態磁 性物理》，科學出版社，2003年第一版，第99頁所述，目前沒有合成出純相 Pr₃Fe₅O₁₂和Nd₃Fe₅O₁₂；此外c位完全被輕稀土Pr、Nd占據的鐵石榴石的 幾種金屬(Mn、Cr、V)的摻雜也未見報道。由于合成工藝的困難，目前雖有 大量稀土石榴石鐵氧體的文獻，但是就連稍容易合成的化合物(Pr，Nd)-YIG的 物理性質的也鮮有報道。Sm、Eu、Tb、Dy的石榴石型鐵氧體雖有很多報道， 但尚未被低溫水熱制備出。

石榴石鐵氧體的制備方法很多，包括固態反應，溶膠凝膠，共沉淀，微乳法， 檸檬酸法等等。這些方法的缺點是都要經過高溫過程。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，以制備一種熱力學不穩定稀土石榴石型鐵氧體 化合物為目標，設計水熱反應制備系列難于合成的熱力學不穩定稀土石榴石型鐵 氧體化合物。