專利名稱：一種鈣鈦礦型單相多鐵材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鈣鈦礦型單相多鐵材料，以及制備該材料的方法。
技術(shù)背景對(duì)于Bi系A(chǔ)B03型鈣鈦礦多鐵性材料來說，A位的Bi離子6 s孤對(duì)電子使 晶格發(fā)生畸變，提供產(chǎn)生極化的動(dòng)力。而B位一般是單一的或者是多個(gè)能 夠提供磁性的金屬離子。B位離子之間是否有相互作用，或相互作用的類 型決定于材料的是否有磁有序或磁有序的類型。而相互作用的強(qiáng)弱則決 定磁有序度存在的溫度區(qū)間。對(duì)于磁電耦合來說，由于Bi系A(chǔ)B03型鈣鈦礦 多鐵性材料的鐵電性能是由于6s孤對(duì)電子提供，而加磁場(chǎng)(電場(chǎng))會(huì)對(duì) 磁有序(電有序)進(jìn)行調(diào)控，從而引起晶格的變化，進(jìn)而對(duì)電有序(磁 有序)進(jìn)行調(diào)控，達(dá)到磁(電)對(duì)電(磁)性能的調(diào)控。對(duì)于B位是多種 提供磁性金屬離子的體系來說，B位離子之間有序度的變化會(huì)影響它們之 間的相互作用的類型，從而決定其磁性的類型或者是復(fù)雜的混磁態(tài)結(jié)構(gòu)， 進(jìn)而調(diào)控其電性能。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種在B位有兩種不同磁性離子的鈣鈦礦型 單相多鐵材料。本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供一種制備上述材料的方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種鈣鈦礦型單相多鐵材料，該單相多鐵 材料為Bi(Fe1/2Cr1/2)03，該材料為單相的三方結(jié)構(gòu)，其中Bi離子的6S2 孤對(duì)電子是該材料呈現(xiàn)鐵電性的來源，F(xiàn)e離子和Cr離子的有序化影響磁 性離子之間的相互作用形式和強(qiáng)度。一種制備上述單相多鐵材料的方法，具體為1) 將金屬氧化物Bi203、 Fe203、 CrA按照摩爾比2: 1: 1進(jìn)行 混合，然后將該混合物密封包裹；2) 將包裹后的混合物在3-8GPa壓力范圍、800-1200。C的溫度范圍之內(nèi)，處理10-120分鐘；3) 將樣品淬火至室溫，并卸壓；4) 將合成的樣品在氧化氣體下進(jìn)行低溫?zé)崽幚?，該低溫?zé)崽幚?的溫度范圍是50 - 500°C,熱處理時(shí)間為0. 5-30小時(shí)。進(jìn)一步，所述密封包裹后的混合物進(jìn)一步封裝在一NaCl容器中。 進(jìn)一步，所述氧化氣體為氧氣。進(jìn)一步，所述混合物在處理前，需將處理裝置進(jìn)行溫度和壓力的標(biāo) 定，并采用控制加熱功率的方法控制加熱溫度。本發(fā)明采用高溫高壓合成法來制備單相的Bi (FewCr^)03多鐵材料， 然后進(jìn)行低溫后處理，該Bi(Fe^Crw)03體系具體反鐵磁有序，并且在室 溫存在鐵電性能，在磁相變溫度附近有著明顯的磁介電行為。


圖1為本發(fā)明Bi(Fe^Cr^)03材料通過擬合的到的XRD圖鐠； 圖2為本發(fā)明Bi (Fe^Cr^)03材料磁化率隨溫度的變化關(guān)系圖； 圖3為本發(fā)明Bi (Fe^Crv2)03材料在室溫下的電滯回線圖； 圖4為本發(fā)明Bi (Fe^Cr,/2)03材料在液氮溫區(qū)的介電常數(shù)的溫語圖； 圖5為本發(fā)明Bi(FewCr,/2)03材料在液氮溫區(qū)的介電損耗的溫譜圖； 圖6為對(duì)圖4、圖5結(jié)果進(jìn)行頻率和馳豫峰的Arrhenius擬合得到的 結(jié)果圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:將Bi2。3、 Fe203、 &203按照摩爾比2: 1: 1稱量、混合、均勻研磨， 然后壓成直徑5mm的小圓片，用金箔包裹，并封裝在①8 x 15mm的NaCl 圓柱內(nèi)，將壓好的樣品放入置于高壓組裝件內(nèi)的石墨爐中，進(jìn)行高壓合 成。樣品合成在六面頂大壓機(jī)上進(jìn)行，高壓實(shí)驗(yàn)前首先進(jìn)行溫度和壓力 的標(biāo)定，用控制加熱功率的方法控制加熱溫度。先在室溫下緩慢升壓至 4GPa，再啟動(dòng)加熱程序加熱至930°C,在高溫高壓條件下保溫20分鐘， 淬火至室溫，然后卸壓。對(duì)高壓合成的Bi(Fev2Cr^)03多鐵樣品進(jìn)行低溫?zé)崽幚碓诠苁綘t中，在氧化氣體氣氛下(如02)將高壓合成的Bi (Fe1/2Cr1/2) 03多鐵樣品在 200。C下進(jìn)行熱處理，熱處理時(shí)間為12h。處理后所得即為本發(fā)明釣鈦礦 型單相多鐵材料Bi (Fe1/2Cr1/2)03。 實(shí)施例2:將Bi203、 Fe203、 CrA按照摩爾比2: 1: 1稱量、混合、均勻研磨， 然后壓成直徑5mm的小圓片，用金箔包裹，并封裝在①8 x 15mm的NaCl 圓柱內(nèi)，將壓好的樣品放入置于高壓組裝件內(nèi)的石墨爐中，進(jìn)行高壓合 成。樣品合成在六面頂大壓機(jī)上進(jìn)行，高壓實(shí)驗(yàn)前首先進(jìn)行溫度和壓力 的標(biāo)定，用控制加熱功率的方法控制加熱溫度。先在室溫下緩慢升壓至 4. 5GPa,再啟動(dòng)加熱程序加熱至980。C,在高溫高壓條件下j呆溫20分鐘， 淬火至室溫，然后卸壓。對(duì)高壓合成的Bi(FemCrJ03多鐵樣品進(jìn)行低溫?zé)崽幚碓诠苁綘t 中，在氧化氣體氣氛下(如02)將高壓合成的Bi(Fe^Crv2)03多4失樣品在 250。C下進(jìn)行熱處理，熱處理時(shí)間為10h。處理后所得即為本發(fā)明釣4太礦 型單相多鐵材料Bi (Fe1/2Cr1/2) 03。實(shí)施例3:將Bi2。3、 Fe203、 (^203按照摩爾比2: 1: 1稱量、混合、均勻研磨， 然后壓成直徑5mm的小圓片，用金箔包裹，并封裝在(D8 x 15mm的NaCl 圓柱內(nèi)，將壓好的樣品放入置于高壓組裝件內(nèi)的石墨爐中，進(jìn)行高壓合 成。樣品合成在六面頂大壓機(jī)上進(jìn)行，高壓實(shí)驗(yàn)前首先進(jìn)行溫度和壓力 的標(biāo)定，用控制加熱功率的方法控制加熱溫度。先在室溫下緩慢升壓至 4. 5GPa，再啟動(dòng)加熱程序加熱至98(TC,在高溫高壓條件下保溫20分鐘， 淬火至室溫，然后卸壓。對(duì)高壓合成的Bi(Fe^Cru2)03多鐵樣品進(jìn)行低溫?zé)崽幚碓诠苁綘t 中，在氧化氣體氣氛下(如02)將高壓合成的Bi (Fe1/2Cr1/2) 03多鐵樣品在 300。C下進(jìn)行熱處理，熱處理時(shí)間為20h。處理后所得即為本發(fā)明4丐鈥礦 型單相多鐵材料Bi (Fe1/2Cr1/2)03。如圖1所示，本發(fā)明的高壓制備Bi(Fe,/2Cr^)03體系只有在高壓下才 可得到純相，是研究該體系的前提。結(jié)合透射電鏡結(jié)果，結(jié)構(gòu)為約2/3 的WJc結(jié)構(gòu)和1/3有著超結(jié)構(gòu)的^兩個(gè)結(jié)構(gòu)的單相多鐵材料，其中有序 的部分對(duì)磁轉(zhuǎn)變溫度有著明顯的影響，有序度越高，轉(zhuǎn)變溫度越高，對(duì)室溫下實(shí)現(xiàn)工業(yè)上的應(yīng)用有著顯著的意義。如圖2所示，在130K溫度附 近有一個(gè)磁相變溫度點(diǎn)，該溫度點(diǎn)和鐵電的馳豫峰處于同一個(gè)溫度，從 而可實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的磁電耦合效應(yīng)。如圖3所示，當(dāng)材料的飽和極化強(qiáng)度在 0.8jaC/cn^左右，達(dá)到了生產(chǎn)應(yīng)用的基本條件。如圖4、圖5所示，是本 發(fā)明Bi(Fe,/2Cr^)03材料從液氮溫區(qū)到室溫所得到的介電常數(shù)的溫譜，可參數(shù)的調(diào)節(jié)。如圖6所示，該圖給出了該介電馳豫峰所產(chǎn)生的物理本質(zhì)， 對(duì)實(shí)際應(yīng)用具有指導(dǎo)作用。
權(quán)利要求
1、一種鈣鈦礦型單相多鐵材料，其特征在于，該單相多鐵材料為Bi(Fe1/2Cr1/2)O3，該材料為單相的三方結(jié)構(gòu)，其中Bi離子的6S2孤對(duì)電子是該材料呈現(xiàn)鐵電性的來源，F(xiàn)e離子和Cr離子的有序化影響磁性離子之間的相互作用形式和強(qiáng)度。
2、 一種制備上述單相多鐵材料的方法，具體為1) 將金屬氧化物Bi203、 Fe203、 CrA按照摩爾比2: 1: 1進(jìn)行混合， 然后將該混合物密封包裹；2) 將包裹后的混合物在3-8GPa壓力范圍、800-1200'C的溫度范 圍之內(nèi)，處理10-120分鐘；3) 將樣品淬火至室溫，并卸壓；4) 將合成的樣品在氧化氣體下進(jìn)行低溫?zé)崽幚?，該低溫?zé)崽幚淼?溫度范圍是50 - 500°C，熱處理時(shí)間為0. 5-30小時(shí)。
3、 如權(quán)利要求2所述的制備上述單相多鐵材料的方法，其特征在于， 所述密封包裹后的混合物進(jìn)一步封裝在一 NaCl容器中。
4、 如權(quán)利要求2所述的制備上述單相多鐵材料的方法，其特征在于， 所述氧化氣體為氧氣。
5、 如權(quán)利要求2所述的制備上述單相多鐵材料的方法，其特征在于， 所述混合物在處理前，需將處理裝置進(jìn)行溫度和壓力的標(biāo)定，并采 用控制加熱功率的方法控制加熱溫度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多鐵性材料Bi(Fe_1/2Cr_1/2)O₃。本發(fā)明采用金屬氧化物固相混合方法、高溫高壓法合成單相的反鐵磁和鐵電共存的多鐵性材料。在材料結(jié)構(gòu)中，Bi離子的6S²孤對(duì)電子是呈現(xiàn)鐵電性的來源，F(xiàn)e離子和Cr離子的有序化會(huì)影響磁性離子之間的相互作用形式和強(qiáng)度。該多鐵材料在130K附近有一個(gè)磁相變點(diǎn)，低溫區(qū)是以反鐵磁為主的有著自旋玻璃行為的復(fù)雜的磁基態(tài)。在5K的時(shí)候，樣品有著弱鐵磁行為。通過介電測(cè)量，發(fā)現(xiàn)在磁相變附近有磁介電行為。并且該介電異常隨著頻率的升高有向高溫移動(dòng)的很強(qiáng)的介電弛豫行為。在室溫下具有鐵電性。該多鐵性材料的合成為多鐵材料更多新體系的發(fā)現(xiàn)提供很好的參照。
文檔編號(hào)C04B35/01GK101244932SQ20081010253
公開日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2008年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月24日
發(fā)明者朱金龍, 靳常青 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院物理研究所