[發明專利]一種多鐵性單晶納米帶及其制備方法

無效

• 申請號: 201210590577.3
• 申請日: 2012-12-31
• 公開（公告）號: CN103014862A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 董思寧;姚一平;劉愉快;陸亞林;李曉光
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: C30B29/22
• 分類號: C30B29/22;C30B7/14
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 紀曉峰

技術領域

本發明屬于多鐵納米材料及其制備技術領域，特別地涉及一種多鐵性單晶納米帶及其制備方法。

背景技術

多鐵性材料是繼高溫超導材料、龐磁電阻材料之后有著最豐富物理內涵的材料體系之一，其在凝聚態基本理論研究和新型多功能材料開發應用等方面都有深遠的意義。多鐵性材料同時具有磁性和鐵電性，而且二者通常具有相互作用，會表現出磁電耦合效應，即材料具有在磁場作用下產生鐵電極化或在電場作用下產生磁化的特性。因此，多鐵性材料不僅可以分別應用在磁性材料和鐵電材料各自的領域中，而且還能在一個器件中實現多種功用，這為下一代高密度、超快速、多功能的信息存儲器件等提供了重要的材料基礎。近幾年的研究中，人們已經在多鐵性材料構成的器件中實現了電場對材料磁性質的調控，或者實現磁場對材料鐵電和介電性質的調控，這大大加快了基于多鐵性材料的器件走向應用的步伐。

然而，已經發現的多鐵性材料還很少，尤其是在室溫環境下具有多鐵特性的材料更為稀少。一方面，目前被廣泛公認的室溫多鐵性材料只有鐵酸鉍BiFeO₃(Science，2003年，第299卷，第1719-1722頁；Science，2009年，第326卷，第977-980頁，等等)，但是由于其鐵電性和磁性分別起源于不同的離子，BiFeO₃磁電耦合效應并不是特別強；另一方面，研究者在一些多鐵性材料中如TbMnO₃、GaFeO₃等發現了較強的磁電耦合效應(Nature，2003年，第426卷，第55-58頁；Nature?Materials，2009年，第8卷，第558-562頁，等等)，但是效應只能發生在極低溫和強磁場下。上述兩個方面的因素大大制約了基于多鐵性材料的實用器件的進一步發展，所以探索具有較高多鐵序轉變溫度的新材料是這一領域的研究重點之一。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有室溫多鐵性的單晶納米帶，并且利用簡單的水熱法來制備這種多鐵性單晶納米帶。

因此，在第一個方面，本發明提供了一種多鐵性材料，其特征在于其化學式為Bi_4.2K_0.8Fe₂O_9.7。

在第二個方面，本發明提供了一種多鐵性單晶納米帶(下面有時簡稱為“本發明的單晶納米帶”)，其由本發明的多鐵性材料形成，其特征在于以<100>為生長方向，以<010>為納米帶寬度方向，以<001>為納米帶的厚度方向，并且具有結構調制現象，其調制波矢為(0，0.25，1)，即形成b軸加大4倍的超結構相。

本發明的單晶納米帶在室溫下具有鐵電性和/或磁性的性質。

在第三個方面，本發明提供了制備本發明的單晶納米帶的方法(下面有時簡稱為“本發明的方法”)，該方法包括以下步驟：

(1)取摩爾比21∶10的硝酸鉍和硝酸鐵溶解在硝酸中，加熱攪拌后配制成鉍離子濃度為0.05～0.2mol/L的澄清溶液1，

(2)將溶液1與濃氫氧化鉀溶液混合，使鉀離子的最終濃度不低于9mol/L，得到的懸濁液作為反應前驅液2，

(3)將反應前驅液2以1～2℃/min的升溫速率加熱至150～200℃，保溫20～300分鐘后自然冷卻至室溫后，得到多鐵性Bi_4.2K_0.8Fe₂O_9.7單晶納米帶。

在本發明的方法的一個優選實施方案中，步驟(3)在水熱釜中進行。

在第四個方面，本發明的單晶納米帶還可以用于制備多鐵性納米器件，使得納米器件也具備室溫下的鐵電性和/或磁性性質。

本發明的有益效果：

1.本發明利用簡單易行的水熱法，首次成功地合成出了一種在室溫下同時具有鐵電性和磁性的化學式為Bi_4.2K_0.8Fe₂O_9.7的單晶納米帶。