[發明專利]一種鐵鈦酸鉍氧化物單晶顆粒的制備方法

有效

• 申請號: 202010771250.0
• 申請日: 2020-08-04
• 公開（公告）號: CN111847519B
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 陸亞林;張圓喜;傅正平;王建林;李志昂;劉歡
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: C01G49/00
• 分類號: C01G49/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 豆貝貝

本發明提供了一種鐵鈦酸鉍氧化物單晶顆粒的制備方法。本發明先將反應原料(鈦酸四丁酯、鉍源化合物和鐵源化合物)與溶劑、絡合劑混勻，再通過燃燒法將所得混合液加熱蒸干并燃燒成粉末，然后在一定熱處理條件下進行預處理；再利用超臨界反應釜對預處理所得粉體進行水熱重結晶反應，具體的，將粉體與礦化劑放入超臨界反應釜的內膽中，調節所述內膽內部和外部的填充度至達到平衡狀態后，密封反應釜，在一定條件下進行超臨界重結晶反應。本發明通過上述特定的前處理與超臨界重結晶結合，能夠制得鉍層狀鈣鈦礦結構氧化物單晶顆粒，形貌規則且單晶顆粒尺寸較大，可達4μm×4μm×0.3μm以上，單晶顆粒晶體高度取向。

技術領域

本發明涉及單晶材料技術領域，特別涉及一種鐵鈦酸鉍氧化物單晶顆粒的制備方法。

背景技術

在室溫下，同時具有鐵磁、鐵彈和鐵電性的單相多鐵性材料近年來備受關注，不同的多鐵性能共存和相互耦合能夠產生一些新的特性，例如磁介電效應，電控磁效應等。目前，多鐵材料正在用于數據存儲、自旋電子器件、轉換器、太陽能電池、電容器、傳感器等領域。

近年來，鉍層狀鈣鈦礦結構氧化物由于其獨特的結構和摻雜容忍度，成為一種比較火熱的多鐵材料，其結構通式為(Bi₂O₂)(A_m-1B_mO_3m+1)，由兩層螢石結構的(Bi₂O₂)²⁺層和多層鈣鈦礦結構的(A_m-1B_mO_3m+1)^2-組成，沿c方向周期性排列，其中A可以是Bi³⁺、Pb²⁺、Sr²⁺、Ca²⁺、Ba²⁺等，B可以是Fe³⁺、Ti⁴⁺、V⁵⁺、Nb⁵⁺、Ta⁵⁺、W⁶⁺等，m表示鈣鈦礦結構單元的數量。自由度的可調性和巨大的摻雜耐受性使其成為重要的多功能單相多鐵材料，可同時響應光場、電場、磁場、聲場等調控。

目前，對鉍層狀鈣鈦礦結構氧化物材料的研究主要集中在陶瓷和薄膜上，公開號為CN 102167584A的中國專利公開了一種具有多鐵性能的五層鉍層狀鈣鈦礦氧化物陶瓷材料及其制備方法，其采用了固相研磨燒結工藝制備了陶瓷材料。公開號為CN 102875145A的中國專利公開了一種層狀鈣鈦礦結構陶瓷及其制備方法，其采用燃燒法制備粉體，然后再進行高溫熱壓燒結的方法制備了陶瓷材料。由于在高溫下，鉍元素很容易揮發，造成元素的化學計量比發生偏差，很難使用提拉法和坩堝下降法制備鉍層狀鈣鈦礦結構氧化物材料晶體，現有技術的固相燒結法或高溫熱壓燒結法只能制備出多晶材料，沒有規則形貌、晶粒取向雜亂、含有其他雜相、顆粒尺寸小，因此，高質量的單晶很難制備。然而，單晶顆粒可以直接進行性能表征，能夠用于測試其本征性能包括磁性，鐵電性、電輸運性能及光學性能，可以避免其他雜質的影響，同時，大尺寸材料還可以制成器件，研究其性能。因此，實現鉍層狀鈣鈦礦結構氧化物單晶材料尤其是大尺寸單晶材料的制備具有重要意義。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種鐵鈦酸鉍氧化物單晶顆粒的制備方法。本發明提供的制備方法能夠制備出大尺寸的鐵鈦酸鉍氧化物單晶顆粒。

本發明提供了一種鐵鈦酸鉍氧化物單晶顆粒的制備方法，包括以下步驟：

a)將反應原料、溶劑和絡合劑混合，得到混合液；

所述反應原料為鈦酸四丁酯、鉍源化合物和鐵源化合物；

b)將所述混合液經燃燒法處理，得到燃燒粉末；

c)對所述燃燒粉末進行預熱處理，得到粉體；