[發明專利]一種Cr摻雜Bi2Fe4O9多鐵性陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310244470.8
• 申請日: 2013-06-19
• 公開（公告）號: CN103265281A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 袁松柳;席英;邱洋;黃麗珍
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C04B35/453
• 分類號: C04B35/453;C04B35/622
• 代理公司: 北京市德權律師事務所 11302
• 代理人: 周發軍

技術領域

本發明屬于多鐵性陶瓷材料技術領域，具體涉及一種過渡金屬摻雜Bi₂Fe₄O₉多鐵性陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

隨著信息產業的發展，本著對高速度、大容量、低損耗等更佳性能的追求，人們對器件的集成化和小型化提出了越來越高的要求。多鐵性材料作為一種新型的功能材料，集鐵電性、鐵磁性能于一體，并且兩者存在磁電耦合效應，這種磁和電的相互控制在信息存儲、磁傳感器、自旋電子器件、集成電路、電容-電感一體化器件等高新技術領域具有廣泛應用前景。

氧化鉍基體陶瓷材料Bi₂Al₄O₉,Bi₂Ga₄O₉,Bi₂Fe₄O₉,Bi₂Mn₄O₁₀在固體氧化物燃料電池、電化學反應器、傳感器、氣體分離膜、閃爍材料等領域的潛在應用而備受學術界的關注，尤其是Bi₂Fe₄O₉的價值。為了增強這些材料的應用，就必須增強材料的鐵電性和磁性，同時減少漏電流現象。

Bi₂Fe₄O₉是一種重要的多鐵性功能材料，在T=250K時，材料顯示了一個鐵電滯回現象，并且在T_N=260K時，材料是反鐵磁有序。某些傳統的反鐵磁材料為納米尺度時會表現出一些異常的磁學性質，比如磁滯現象、弱的鐵磁性或者交換偏置等，使得點陣畸變、位錯、化學成分偏移等物理效應在粒子表面變得突出，導致粒子表面層原子的自旋磁矩呈無序分布，偏離反鐵磁排列。為了實現Bi₂Fe₄O₉弱的鐵磁性和鐵電性能的增強，可以通過化學取代Bi₂Fe₄O₉的A位和B位來抑制Bi₂Fe₄O₉的非共線反鐵磁排列，使其反鐵磁自旋結構連續的瓦解，進而表現出凈磁矩。目前，采用檸檬酸-硝酸鹽溶膠凝膠自蔓延燃燒反應法制備，通過高溫退火處理的Cr摻雜Bi₂Fe₄O₉多鐵性陶瓷材料尚沒有任何報道。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種Cr摻雜Bi₂Fe₄O₉多鐵性陶瓷材料及其制備方法，本制備方法得到的陶瓷材料具備結構單相、低漏電流和室溫多鐵性等特性。

為解決上述技術問題，本發明首先提供一種Cr摻雜Bi₂Fe₄O₉多鐵性陶瓷材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

A.室溫下，首先將分析純的硝酸鉍、硝酸鐵和硝酸鉻依次加入去離子水中，攪拌形成透明溶液；然后，將檸檬酸加入到上述溶液中并溶解；其后，加入乙二醇，以調節溶液的粘度和使溶液穩定；上述分析純的硝酸鉍、硝酸鐵和硝酸鉻作為Bi、Fe和Cr的離子源，檸檬酸作為絡合劑，檸檬酸與Bi、Fe、Cr三種金屬離子和的摩爾比在1:1～1:1.5之間，乙二醇與Bi、Fe、Cr三種金屬離子和的摩爾比為2:1～2.5:1；

B.用氨水調節上述溶液的PH值為6.5～7后在水浴中25℃～35℃陳化10～12小時；然后在水浴中80℃～100℃將溶液蒸干去除水分，得到相應的凝膠，在烘箱中150℃～170℃干燥，直至形成干凝膠；再在室溫下，將所得到的干凝膠點燃，使其發生自蔓延燃燒，形成前驅蓬松物質；

C.將所述前驅蓬松物質研磨，在空氣中450℃～550℃熱處理4～6小時，排除有機物得到前驅粉體；然后將前驅粉體研磨均勻，以15MPa～25MPa壓力壓制成片，轉移到氧化鋁坩堝中；