[發明專利]一種鎢青銅純相室溫多鐵性陶瓷及其制備方法

有效

• 申請號: 201711262299.8
• 申請日: 2017-12-04
• 公開（公告）號: CN107840659B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 鄭興華;羅國仕
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: C04B35/495
• 分類號: C04B35/495;C04B35/622;C04B35/634;C04B35/638
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

本發明公開了一種鎢青銅純相室溫多鐵性陶瓷及其制備方法。本發明通過微波燒結快速制備了室溫多鐵性鎢青銅純相陶瓷。室溫下其具有優異的鐵電性能和鐵磁性能，并且具有強烈的磁電耦合效應。本發明提供的多鐵性陶瓷原料來源廣泛、價格便宜、環保；制備工藝簡單，性能優異，具有極大的工業應用價值。

技術領域

本發明涉及一種鎢青銅純相室溫多鐵性陶瓷及其及其制備方法。

背景技術

多鐵性材料是指同時具有鐵電性、鐵磁性和鐵彈性三種特性中兩種及以上的特性并且這種基本鐵性間存在相互耦合作用而產生新效應的一類重要的功能材料，其基本特征是具有鐵電性、鐵磁性，在外電場的條件下其具有壓電效應、鐵電效應、熱釋電效應、非線性光學效應、磁電耦合效應等多種物理效應。這些特定性能使得多鐵性材料廣泛運用于壓電聲納、鐵電薄膜存儲器、傳感器、電光光閥等材料的重要材料。

現在多鐵性材料主要是同時具有鐵電性和鐵磁性，其自發極化和自發磁矩相互間能夠相互耦合、調控。但是這種同時具有鐵電性和鐵磁性的單相化合物罕見，主要是由于同時具有自發極化與自發磁化的點群有且只有1、2?、2、m?、m、3m?、3、4m?m?、4、m?m?2?、m?m2?、6m?m?13和6這13種。如鈣鈦礦結構(ABO₃)材料，氧八面體中心Nb⁵⁺、W⁶⁺及Ti⁴⁺等鐵電活性離子的d0電子構型在鐵電畸變的穩定性方面起著非常重要的作用。然而對于磁性氧化物來說，則要求其軌道需要未完全填滿的Fe³⁺、Ni²⁺、Gr³⁺等過渡金屬離子。倘若氧八面體中心被d軌道部分填滿的磁性離子填充，那么該晶格的中心對稱不傾向于被破壞，也就意味著不會出現自發極化，因此單相多鐵性材料很稀少。除此之外，費米能級以上的高態密度往往使得鐵磁體呈現出金屬導電性，然而鐵電材料則要求是絕緣體。因為在外加電場作用下導電體內部產生的是電流而不是電極化，所以導電性能要求的差異也是導致單相多鐵性材料難以制備的原因之一。

大部分單相多鐵性材料都存在著鐵磁居里溫度比較低、磁電耦合效應發生溫度低等缺陷，從而限制了其在實際上的應用，所以目前對于單相多鐵性材料只是停留在探索階段。其中被大量研究的單相多鐵性材料是BiFeO₃（BFO），但是其電阻率偏低較小、漏導過大嚴重阻礙了其鐵電與鐵磁性能的實際運用。除此之外，由于BFO鐵電性和鐵磁性的來源不同，也導致其磁電耦合效應較弱。而且BFO難以合成單相。因為上述問題，迫切需要研究開發新型單相多鐵性材料。其中一種方法是將磁性離子引入到鐵電體，形成鐵電性與鐵磁性共存于一體的固溶體。如Pb(Fe_1/2³⁺Nb_1/2⁵⁺)(PFN)， 其鐵電居里溫度與反鐵磁溫度分別是385K與143K，因此在較低溫度下才同時具有鐵磁性和鐵電性：。研究表明，不同的陽離子是PFN磁性和鐵電性來源，Nb⁵⁺離子是鐵電激活離子而Fe³⁺離子是磁性激活離子，故磁電耦合效應低的根本原因。最近幾年來研究者探討分析了Ba₄Ln₂Fe₂Nb₈O₃₀ (Ln=La, Pr, Nd, Sm, Eu, Y)系列鎢青銅多鐵性材料，盡管不同研究者研究的結果的各有不同，但都表明Ba₄Ln₂Fe₂Nb₈O₃₀(Ln=Nd, Sm, Eu)陶瓷具有室溫鐵電性和鐵磁性。但是該系列陶瓷都觀察到少量LnNbO₄、BaFe₁₂O₁₉雜相，而且都將其鐵磁性歸因于陶瓷中存在少量鐵氧體BaFe₁₂O₁₉雜相。另外，目前Ba₄ Ln₂Fe₂Nb₈O₃₀(Ln=Nd, Sm, Eu)鎢青銅陶瓷都采用傳統固相法燒結，晶粒成柱狀。而根據多鐵性材料的鐵磁性和鐵電性特點，柱狀等非等軸晶粒不利于提高鐵磁性。