[發明專利]具有多鐵性能的六層狀結構鈦鐵鈷酸釔鉍陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201210209229.7
• 申請日: 2012-06-21
• 公開（公告）號: CN103288437A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 陸亞林;彭冉冉;陳小兵;黃妍;凌意瀚;孫書杰;劉敏
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: C04B35/453
• 分類號: C04B35/453;C04B35/622
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 賀衛國

技術領域

本發明涉及多鐵氧化物陶瓷材料領域，更具體而言，涉及一種具有多鐵性能的六層狀結構鈦鐵鈷酸釔鉍陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

磁電多鐵材料是指在某個溫區內，同時表現出鐵電序和鐵磁/反鐵磁序，且彼此之間存在某種耦合的材料。近來，這種材料日益受到矚目，一方面因為其不但可以用在鐵電和磁性設備的研發上，更為重要的是它能利用磁電之間的耦合，為設備的設計和應用提供附加的一個自由度，從而在新興的自旋電子學、多態信息存儲、電驅動鐵磁諧振器及磁調控壓電傳感器上表現出極為誘人的應用前景。到目前為止，在已發現的多鐵材料中，只有ABO₃型結構的BiFeO₃在室溫以上具有鐵電性和鐵磁性，但樣品的漏電流較大且室溫以上是反鐵磁等特性不能滿足實際應用的需求。近年來，對BiFeO₃樣品進行了廣泛的研究，研究結果表明，用A位摻雜的方法可能改善樣品的電學性能，降低樣品的漏電流，樣品的鐵電性能也得到了明顯提高。由于BiFeO₃在常溫下為反鐵磁性，而反鐵磁性對外加磁場的響應不夠敏感，目前還沒有單一相結構的BiFeO₃材料在實際應用方面的報道。

為了滿足多鐵材料在實際應用中的需要，近年來，多鐵電材料成為材料學科研究的熱點之一。目前研究多鐵電材料的一個主要方向是研究單一結構的材料，在這類材料中雙鈣鈦礦材料得到了人們廣泛的重視。在研究中發現，在樣品的B位用兩種具有d⁰電子結構的磁性離子進行耦合可大大改善樣品的鐵磁性能，但目前在雙鈣鈦礦材料研究中還存在兩個主要問題：(1)樣品合成必須在高壓下制備，并且很難做到樣品B位離子具有較好的有序性；(2)樣品的鐵電和鐵磁的相變溫度不同時在室溫以上。具有類鈣鈦礦中Aurivillius型層狀材料以其獨特的晶體結構和性能，近年來得到了較為廣泛的重視。Aurivillius型層狀多鐵材料其結構式可以寫成：Bi₂A_m-1B_mO_3m+3，具體到本發明的體系是?Bi₂Bi_m+2Fe_mTi₃O_3m+12，或者寫為Bi₂O₂+Bi₄Ti₃O₁₂(BTO)+nBiMO₃(n＝1，2...，M為磁性離子)，也就是材料可以看成由三層具有鈣鈦礦結構的鐵電材料BTO與具有一個或多個磁性單元的離子團BiFeO₃組合而成，其結構為在2個鉍氧層((Bi₂O₂)²⁺)之間夾著3個鈦氧(Ti-O)八面體和1個或多個磁性單元的(Fe-O)八面體。由于鉍氧層具有絕緣層和電荷庫的作用，可有效降低樣品的漏電流，對改善樣品電學性能有著積極意義。

發明內容

為了優化Aurivillius型層狀陶瓷的鐵電性能和鐵磁性能，本發明提供一種具有多鐵性能的六層狀結構鈦鐵鈷酸釔鉍陶瓷，其化學式為Bi₆YFe₂CoTi₃O₂₁。

本發明的鈦鐵鈷酸釔鉍陶瓷在室溫以上同時具有鐵電性和鐵磁性，且漏電流較小，鐵磁性可觀，為在信息存儲、諧振、傳感等方面的應用提供了可能。

本發明的另一目的是提供該Aurivillius型多鐵氧化物陶瓷(具有多鐵性能的六層狀結構鈦鐵鈷酸釔鉍陶)的制備方法，所述方法包括：