[發明專利]一種氯摻雜鐵酸鉍粉體的制備方法

無效

• 申請號: 201210367830.9
• 申請日: 2012-09-28
• 公開（公告）號: CN102826610A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 王磊;邊亮;徐金寶
• 申請（專利權）人: 中國科學院新疆理化技術研究所
• 主分類號: C01G49/00
• 分類號: C01G49/00;B82Y40/00
• 代理公司: 烏魯木齊中科新興專利事務所 65106
• 代理人: 張莉

技術領域

本發明涉及一種氯摻雜鐵酸鉍粉體的制備方法，屬于無機材料領域。

背景技術

鐵酸鉍(BiFeO₃，BFO)是一種具有三角扭曲的鈣鈦礦結構(屬于R3C點群)的鐵電磁材料，室溫下同時具有兩種結構有序，即鐵電有序(T_c＝1103K)和G型反鐵磁有序(T_N＝643K)，是少數室溫下同時具有鐵電性和反鐵磁性的鐵電磁材料之一。鐵電性和磁性的共存不僅使其在磁性和鐵電器件方面具有重要的應用前景，而且使其具有磁電耦合性質，此性質被認為在新型存儲器件方面有重要意義.

為了進一步提高鐵酸鉍光、電、磁性能，近年來，國內外科研工作者對其進行了豐富的摻雜改性研究，目前陽離子摻雜已取得了豐碩的成果，但是陰離子摻雜工作在國內外進展緩慢。主要原因是普通工藝較難達到陰離子摻入鐵酸鉍晶格的目的。發明專利申請號201110168041.8公開了氟替代鐵酸鉍晶格中氧的制備方法。其主要特點是在耐腐蝕的容器中將Bi(NO₃)₃·5H₂O和Fe(NO₃)₃·9H₂O在稀酸溶液中溶解，然后加入含氟鹽(HF)，最后在溶液中加入檸檬酸，溫度80±5℃水浴反應2.5±0.5h后，在溫度260±10℃烘干。將得到的粉末在溫度780±15℃反應30±3min；除去雜質將分解后的粉末進行壓片，在高溫810±15℃燒結10±2min，得到F^-1有效進入BFO晶格的樣品。摻雜F的樣品即具有鐵電性又具有鐵磁性。雖然該方法將F離子有效摻入BFO中，但是該方法步驟繁多，需要價格昂貴的耐腐蝕容器，加熱溫度較高容易導致Bi離子的揮發從而產生雜質，同時檸檬酸的燃燒容易導致碳殘留從而增加了鐵酸鉍的漏電流，并且該方法對于氟以外陰離子摻雜適用性并未研究。經過文獻檢索目前能有效進行氯離子的摻雜，并且工藝簡單、條件溫和、容易控制的方法尚未見報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種氯摻雜鐵酸鉍粉體的制備方法，該方法將硝酸鉍、硝酸鐵、堿、氯化鉍在室溫下混合研磨或球磨，將得到的粉末加熱，再用濃硝酸溶解產物中未反應的原料和副產物，再進行水洗，干燥，即得到氯有效進入鐵酸鉍晶格的樣品。該樣品既具有鐵電性，又具有鐵磁性，同時具有較好的光性能，本發明所述的方法步驟簡單、設備成本低，易于規模化生產。為實現多功能電子器件的發展提供了一條有效途徑。

本發明所述的一種氯摻雜鐵酸鉍粉體的制備方法，按下列步驟進行：

a、將硝酸鉍、硝酸鐵、堿為碳酸氫鈉或氫氧化鈉、氯化鉍按摩爾比1∶1∶10∶0.03-0.3，在室溫條件下混合研磨或球磨0.5小時；

b、將得到的粉末在溫度500℃加熱1-2小時；

c、用濃硝酸按體積比1∶1酸洗，再進行水洗，干燥，即得到氯摻雜鐵酸鉍粉體。

步驟a中加入氯化鉍的物質的量為硝酸鉍物質的量的15％。

本發明所述的一種氯摻雜鐵酸鉍粉體的制備方法，該方法與現有技術相比合成過程不涉及強腐蝕性的氫氟酸對設備要求低可降低工業生產中的設備成本。并且氟原子半徑比氧原子小，替換取代氧原子后會造成鐵酸鉍分子的晶格收縮，氯原子雖然同為鹵素但是原子半徑比氧原子大，替換取代氧原子后起到的作用是使鐵酸鉍分子晶格膨脹。由于晶格收縮，鍵長縮短導致鐵酸鉍微粒的鍵本征振動頻率增大，使得鐵酸鉍材料光吸收帶″藍移″。可見光中紫外光的能量只占總能量的4％左右，所以吸收紫外光對太陽光的利用非常有限。而摻雜氯原子鐵酸鉍晶格膨脹后使材料光吸收帶″紅移″，可以使材料有效吸收更多的太陽光中的能量，可提高鐵酸鉍材料的光電性能。使用本方法制備的鐵酸鉍同時具有室溫鐵磁性，在工業使用中有助于利用磁場對光催化劑進行移動控制并且方便回收利用，提高使用效率。

附圖說明

圖1為本發明得到樣品的掃描電鏡照片，樣品為尺寸在100納米左右的球形顆粒。

圖2為本發明得到樣品的XRD圖，可以看到通過本發明所述方法得到的氯摻雜鐵酸鉍中未出現雜質相。

圖3為本發明得到樣品的紫外-可見吸收圖譜，從圖中可以看出摻入氯后鐵酸鉍的吸收曲線發生了紅移，說明氯摻雜有利于鐵酸鉍材料光性能的提高。

圖4為本發明得到樣品的VSM磁性能測試，磁滯回線表明氯離子摻入鐵酸鉍后導致明顯的鐵磁性。

具體實施方式

實施例1