[發明專利]氟替代鐵酸鉍晶格中氧的制備方法

無效

• 申請號: 201110168041.8
• 申請日: 2011-06-21
• 公開（公告）號: CN102320666A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 胡艷春;吳小山
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: C01G49/00
• 分類號: C01G49/00;B82Y40/00
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 陳建和

一、技術領域

本發明所屬領域為新型功能材料，尤其是氟替代鐵酸鉍晶格中氧的制備方法。

二、背景技術

隨著科學技術的日新月異，人們對器件的多功能性和小型化的要求越來越高，這就需要發展同時具有兩種或兩種以上功能的新材料，以研制能同時實現多種功能的新型器件。多鐵性材料是近年來功能材料的研究熱點之一。多鐵性材料是指在一定溫度范圍內同時存在鐵磁序、鐵電序及鐵彈序的體系。由于各種物理效應同處一個體系，它們之間不可避免地將發生互相作用，從而實現不同功能間的互相調控，為發展新的多功能器件提供機會。由于鐵磁性和鐵電性在現代科技中有著廣泛地應用，人們自然而然地想到能否將鐵磁性和鐵電性結合在一起，獲得同時具有鐵磁性和鐵電性的材料。

有關鐵磁性和鐵電性功能間的互相調控，國際國內學者取得了較大的進展，發表的文獻主要有：1)Science?309(2005)391-392；2)Nature?Materials?6(2007)296-302；3)Science?312(2006)1481-1482；4)Nature?Materials?7(2008)425-426；5)Physical?Review?Letters?98(2007)257602；6)Nature?442(2006)759-765.多鐵性材料在磁介質存儲方面有著極其重要的應用前景，是國際國內科研工作者研究的熱點之一。

BiFeO₃是到目前為止唯一同時在室溫以上表現出鐵電性和磁性的材料.其結構為典型的單鈣鈦礦ABO₃結構型化合物。室溫下BiFeO₃具有棱形畸變鈣鈦礦結構，空間群為R3c，晶格常數為a＝b＝c＝5.633和α＝β＝γ＝59.4°，其鐵電相變發生在T_C≈1110K，反鐵磁奈爾溫度T_N≈640K，這一高的相變溫度也預示其很大的自發極化，理論預測室溫下其飽和電極化可達100μC/cm²，有著潛在巨大的應用價值。

BiFeO₃自發現以來就受到廣泛的關注，科研工作者對其成相條件、微結構、鐵電性起源、自旋排列進行了廣泛而深入的研究。對其進行了豐富的陽離子摻雜，近年來發表的國際文獻有：1)Current?Applied?Physics?11(2011)508-512；2)J?Mater?Sci：Mater?Electron(2011)22：323-327；3)Applied?Physics?Letters?98(2011)072901；4)Physical?Review?B?83(2011)054406.雖然陽離子摻雜取得了豐碩的成果，但陰離子摻雜的工作在國際國內范圍內還無人進行，這主要是由于陰離子摻雜的制備工藝不夠完善，陰離子未能有效地進入晶格導致的。陰離子有效地進入BiFeO₃晶格對其微結構，鐵電性及鐵磁性有重要影響。科研工作者一直尋求一種能有效地將陰離子摻入BiFeO₃晶格的方法。本發明介紹一種切實可行的F有效進入BiFeO₃晶格的制備方法。該技術不但能有效地使氟進入鐵酸鉍晶格，占據氧位，而且制備出的材料顆粒均勻。

三、發明內容

本發明的目的是使氟有效進入鐵酸鉍晶格，占據氧位，從而制備出具有鐵磁性和鐵電性的鐵磁共同體，以實現磁電耦合，便于制備各種多功能的器件。

本發明的技術方案是：氟替代鐵酸鉍晶格中氧的制備方法，即陰離子F^-1有效進入BiFeO₃(BFO)晶格并取代氧的制備方法。

步驟1：采用耐腐蝕材料做成的器皿為容器，采用稀酸為溶劑，稱量化學計量比的Bi的氮化物(Bi(NO₃)₃·5H₂O)和Fe的氮化物(Fe(NO₃)₃·9H₂O)加入溶劑中，兩者之間的摩爾比為1∶1，然后配制適量的含氟鹽(HF)，最后在溶液中加入檸檬酸。

步驟2：將配置好的溶液在水浴中初步反應，水浴溫度為80±5℃，反應時間為2.5±0.5h，反應過程中均勻攪拌。然后在烘箱中烘干得到粉末，烘烤溫度為260±10℃，在烘烤過程中初步反應；