[發明專利]一種類鈣鈦礦層狀結構化合物及其制備方法

有效

• 申請號: 202010103447.7
• 申請日: 2020-02-19
• 公開（公告）號: CN111606701B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 陸亞林;唐浩文;彭冉冉;陳澤志;王建林;黃俊
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: C04B35/26
• 分類號: C04B35/26;C04B35/475;C04B35/622;H01F1/40
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 付麗

本發明提供了一種如式Bi₈Fe_3?xM_xTi₂O₂₀Q所示的類鈣鈦礦層狀結構化合物；本申請還提供了所述類鈣鈦礦層狀結構化合物的制備方法。與以往只單獨對鉍氧層結構進行調制或者通過摻雜劑對鈣鈦礦層分子設計進行調制不同，本發明對進行鉍氧層調制，在使得鉍氧層和鈣鈦礦層均形成新的結構單元的同時，以過渡金屬元素作為摻雜劑向鈣鈦礦層B位進行磁性離子摻雜來調制其分子設計，使所得過渡金屬元素摻雜的類鈣鈦礦層狀結構化合物具有高居里溫度、良好的磁性和絕緣性能，在未來能量傳輸、節能等方面的應用具有良好的潛力。

技術領域

本發明涉及無機材料技術領域，尤其涉及一種類鈣鈦礦層狀結構化合物及其制備方法。

背景技術

類鈣鈦礦層狀結構的化合物最早由科學家B.Aurivillius于1949年發現，因此又被稱為Aurivillius化合物，其是一種典型的長周期結構的復合氧化鉍的層狀化合物，結構通式為(Bi₂O₂)(A_n-1B_nO_3n+1)，其中n大于等于1，A表示離子半徑較大的12配位陽離子，B表示離子半徑較小的6配位陽離子，表現為類鈣鈦礦層(A_n-1B_nO_3n+1)與鉍氧層(Bi₂O₂)沿著各自晶胞參數的c方向周期性交替堆垛。目前，這一類材料在電容器、非易失鐵電隨機存取存儲器、壓電器件以及多鐵材料等信息能源領域有著廣泛的應用。

類鈣鈦礦層狀結構的化合物中這種長程有序的堆垛結構具有一定的結構容忍性，為材料的分子設計及功能設計提供了很好的母體結構。例如，利用絕緣材料鈦酸鉍(Bi₄Ti₃O₁₂)對一些鈣鈦礦層的容忍性，可以將磁性層BiFeO₃嵌入到鈣鈦礦層中，形成結構式為(Bi₂O₂)(Bi_n-1Ti₃Fe_n-3O_3n+1)的材料；目前，針對這一體系的研究，主要集中于單獨對鈣鈦礦層進行調制或是單獨對鉍氧層進行調制。鑒于這種單相材料具有磁性層和絕緣層，是一種具有應用前景的鐵磁絕緣材料，因此，如何開發出更多不同分子結構且具有良好鐵磁和絕緣性能的該類材料已成為本領域的主要發展方向之一。

發明內容

本發明解決的技術問題在于提供一種類鈣鈦礦層狀結構化合物，該化合物實現了過渡金屬元素的摻雜，具有良好的絕緣性和鐵磁性。

有鑒于此，本申請提供了一種如式(I)所示的類鈣鈦礦層狀結構化合物，

Bi₈Fe_3-xM_xTi₂O₂₀Q (I)；

M選自Co、Ni、Mn和Cr中的一種或多種；Q選自Cl或Br；

0＜x＜3。

優選的，所述x取值范圍為0.1～1.5。

優選的，所述M為Co，Q為Cl。

本申請還提供了一種權利要求1所述的如式(I)所示的類鈣鈦礦層狀結構化合物的制備方法，包括以下步驟：

A)按照配比將鉍源化合物、鈦源化合物、M源化合物、鐵源化合物和Q源化合物混合，得到混合粉體；

B)將所述混合粉體預燒，得到預燒粉體；

C)將所述預燒粉體燒結，得到如式(I)所示的類鈣鈦礦層狀結構化合物；