專(zhuān)利名稱(chēng)：鐵鈦酸鉍多鐵材料及溶膠凝膠制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵鈦酸鉍多鐵材料及溶膠凝膠制備方法，屬于電子陶瓷領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
多鐵材料是指同一個(gè)相中包含兩種或兩種以上初級(jí)鐵性體(鐵電體、鐵磁體和鐵彈體)基本性能的材料?；诙噼F性材料特有的性質(zhì)，可以設(shè)計(jì)出用快速電極化誘導(dǎo)快速磁極化反轉(zhuǎn)的電寫(xiě)磁讀的記憶材料，為下一代多功能電子學(xué)信息記錄器件的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)額外的自由度。Bii^eO3是少數(shù)在室溫條件下同時(shí)具有鐵電性與弱鐵磁性的單相磁電多鐵材料，其鐵電相變的居里溫度遠(yuǎn)高于室溫，為830°C ；反鐵磁相變的奈爾溫度為380°C。Bii^eO3的這一特殊性質(zhì)使其在磁性和鐵電器件領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景但由于BWeO3陶瓷在制備過(guò)程中容易產(chǎn)生大量的氧空位，鐵的價(jià)態(tài)也會(huì)發(fā)生波動(dòng)，從而使BWeO3陶瓷漏電流增大，電阻率減小，難以得到飽和的電滯回線。文獻(xiàn)“鄭朝丹，張端明，劉心明，劉超軍，余春榮，于軍，Ti 摻雜Bii^eO3陶瓷的結(jié)構(gòu)和鐵電性能研究，無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào)24 ) :745-747，2009”采用利用鈦摻雜制備了漏電流小的鐵鈦酸鉍陶瓷，然而由于其采用的是固相反應(yīng)工藝，因此鈦離子的固溶度很小，成分均勻度差，而且很容易形成Bi4Ti3O12等第二相，從而惡化材料的性能。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中鈦離子固溶度小以及材料成分均勻性的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種高濃度鈦離子摻雜、高均勻度鈦鐵酸鉍陶瓷的溶膠凝膠工藝，采用硝酸鐵、硝酸鉍與鈦酸丁酯復(fù)合形成鐵酸鉍固溶體，使其摻雜濃度和電學(xué)性能都得到了大大的提高。本發(fā)明的技術(shù)方案是鐵鈦酸鉍多鐵材料的化學(xué)組成通式為Bi (FexTi1J O3，其中0 < χ < 0. 8，χ為摩爾分?jǐn)?shù)。具體制備方法為(1)將分析純級(jí)檸檬酸和硝酸鐵先后溶于去離子水或者無(wú)水乙醇中，檸檬酸的物質(zhì)的量為硝酸鐵的4-12倍，去離子水或者無(wú)水乙醇的質(zhì)量為檸檬酸的5-20倍；(2)攪拌步驟(1)所得的溶液并加熱到50-95攝氏度，持續(xù)0. 5_5小時(shí)，得到溶膠；(3)使用氨水調(diào)節(jié)溶膠的PH值到0. 1-5 ；(4)保持步驟O)的溫度，加入與步驟(1)中硝酸鐵相同物質(zhì)的量的硝酸鉍，邊緩慢滴加，邊攪拌，防止有Bi (OH) 3沉淀，得到含鉍的溶膠；(5)按照Bi (FexTi1JO3的化學(xué)計(jì)量比，其中0 < χ < 0. 8，χ為摩爾分?jǐn)?shù)，往步驟 (4)所得的溶膠中加入相應(yīng)物質(zhì)的量的鈦酸丁酯，邊緩慢滴加，邊攪拌，防止有Ti(OH)JX 淀，得到含鈦的溶膠；(6)將步驟(5)所得的溶膠置于烘箱中，于80-140攝氏度脫水5-Μ小時(shí)，得到干凝膠；
(7)將干凝膠研碎，置于馬弗爐中，在300-800攝氏度煅燒0. 2_4小時(shí)，得到鈦鐵酸鉍粉體。本發(fā)明的有益效果是采用溶膠凝膠方法制備了鈦鐵酸鉍多鐵陶瓷粉體，不僅大大提高了鈦在鐵酸鉍中的固溶度和成分的均勻性，而且還有效地減少了第二相的生成。鈦離子的半徑為0. 0605nm,略小于三價(jià)鐵的半徑0. 0645nm,這使得鈦離子離子能很容易地進(jìn)入鐵氧八面體。高價(jià)位的鈦離子部分取代二價(jià)或者三價(jià)鐵，還能有效抑制氧空位的生成 ’另外，鈦離子為d 0軌道，容易與氧的2p軌道發(fā)生雜化，從而增強(qiáng)鐵電畸變。通過(guò)對(duì)該粉體制備的鈦鐵酸鉍陶瓷的研究，結(jié)果表明其鐵電鐵磁性能明顯優(yōu)于固相反應(yīng)制備的鈦鐵酸鉍陶瓷。


圖1為本發(fā)明Bi (Fea98Tiatl2)O3粉體的紅外圖譜。圖2為本發(fā)明Bi (Fea7tlTia3)O3粉體的紅外圖譜。圖3為本發(fā)明Bi (Fea50Tia50)O3粉體的XRD圖譜。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 用分析純級(jí)的硝酸鐵、硝酸鉍、鈦酸丁酯、檸檬酸作為原料，按化學(xué)計(jì)量比為 Bi (Fea98Tiatl2)O3進(jìn)行稱(chēng)量配料。將檸檬酸和硝酸鐵先后溶于去離子水中，檸檬酸的物質(zhì)的量為硝酸鐵的4倍，去離子水的質(zhì)量為檸檬酸的8倍；攪拌并加熱到70攝氏度，持續(xù)1小時(shí)； 使用氨水調(diào)節(jié)溶膠的PH值到1 ；加入與硝酸鐵相同物質(zhì)的量的硝酸鉍，邊緩慢滴加，邊攪拌，防止有Bi (OH) 3沉淀，得到含鉍的溶膠；按照Bi (Fea98Tiatl2) O3的化學(xué)計(jì)量比，加入相應(yīng)物質(zhì)的量的鈦酸丁酯，邊緩慢滴加，邊攪拌，防止有Ti (OH)4沉淀，得到含鈦的溶膠；將溶膠置于烘箱中，于90攝氏度脫水14小時(shí)，得到干凝膠；將干凝膠研碎，置于馬弗爐中，在400 攝氏度煅燒1時(shí)，得到鈦鐵酸鉍粉體。圖1給出了 Bi(Fq98Tiatl2)O3陶瓷的紅外圖譜。實(shí)施例2:用分析純級(jí)的硝酸鐵、硝酸鉍、鈦酸丁酯、檸檬酸作為原料，按化學(xué)計(jì)量比為 Bi (Fea7tlTia3)O3進(jìn)行稱(chēng)量配料。將檸檬酸和硝酸鐵先后溶于無(wú)水乙醇中，檸檬酸的物質(zhì)的量為硝酸鐵的5倍，無(wú)水乙醇的質(zhì)量為檸檬酸的7倍；攪拌并加熱到60攝氏度，持續(xù)0. 6小時(shí)；使用氨水調(diào)節(jié)溶膠的PH值到1 ；加入與硝酸鐵相同物質(zhì)的量的硝酸鉍，邊緩慢滴加，邊攪拌，防止有Bi (OH)3沉淀，得到含鉍的溶膠；按照Bi (Fea98Tiatl2)O3的化學(xué)計(jì)量比，加入相應(yīng)物質(zhì)的量的鈦酸丁酯，邊緩慢滴加，邊攪拌，防止有Ti (OH)4沉淀，得到含鈦的溶膠；將溶膠置于烘箱中，于90攝氏度脫水8小時(shí)，得到干凝膠；將干凝膠研碎，置于馬弗爐中，在500 攝氏度煅燒0. 5小時(shí)，得到鈦鐵酸鉍粉體。圖2給出了 Bi (Fe0.70Ti0.3)03陶瓷的紅外圖譜。實(shí)施例3 用分析純級(jí)的硝酸鐵、硝酸鉍、鈦酸丁酯、檸檬酸作為原料，按化學(xué)計(jì)量比為 Bi (Fea5tlTia5tl)O3進(jìn)行稱(chēng)量配料。將檸檬酸和硝酸鐵先后溶于去離子水中，檸檬酸的物質(zhì)的量為硝酸鐵的8倍，去離子水的質(zhì)量為檸檬酸的12倍；攪拌并加熱到85攝氏度，持續(xù)2小時(shí)；使用氨水調(diào)節(jié)溶膠的PH值到1 ；加入與硝酸鐵相同物質(zhì)的量的硝酸鉍，邊緩慢滴加，邊攪拌，防止有Bi (OH)3沉淀，得到含鉍的溶膠；按照Bi (Fea5tlTia5tl)O3的化學(xué)計(jì)量比，加入相應(yīng)物質(zhì)的量的鈦酸丁酯，邊緩慢滴加，邊攪拌，防止有Ti (OH)4沉淀，得到含鈦的溶膠；將溶膠置于烘箱中，于120攝氏度脫水16小時(shí)，得到干凝膠；將干凝膠研碎，置于馬弗爐中，在 600攝氏度煅燒2小時(shí)，得到鈦鐵酸鉍粉體。圖3給出了 Bi (Fe0.50Ti0.50) O3陶瓷的XRD圖譜。
權(quán)利要求
1.一種鐵鈦酸鉍多鐵材料，其特征在于鐵鈦酸鉍多鐵材料的化學(xué)組成通式為 Bi (FexTi1J O3，其中0 < χ < 0. 8，χ 為摩爾分?jǐn)?shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的鐵鈦酸鉍多鐵材料的制備方法，其特征在于具體步驟為(1)將分析純級(jí)檸檬酸和硝酸鐵先后溶于去離子水或者無(wú)水乙醇中，檸檬酸的物質(zhì)的量為硝酸鐵的4-12倍，去離子水或者無(wú)水乙醇的質(zhì)量為檸檬酸的5-20倍；(2)攪拌步驟(1)所得的溶液并加熱到50-95攝氏度，持續(xù)0.5-5小時(shí)，得到溶膠；(3)使用氨水調(diào)節(jié)溶膠的PH值到0.1-5 ；(4)保持步驟(2)的溫度，加入與步驟⑴中硝酸鐵相同物質(zhì)的量的硝酸鉍，邊緩慢滴加，邊攪拌，防止有Bi (OH) 3沉淀，得到含鉍的溶膠；(5)按照Bi(FexTi1JO3的化學(xué)計(jì)量比，其中0 < χ < 0. 8，χ為摩爾分?jǐn)?shù)，往步驟(4) 所得的溶膠中加入相應(yīng)物質(zhì)的量的鈦酸丁酯，邊緩慢滴加，邊攪拌，防止有Ti (OH)4沉淀，得到含鈦的溶膠；(6)將步驟(5)所得的溶膠置于烘箱中，于80-140攝氏度脫水5-M小時(shí)，得到干凝膠；(7)將干凝膠研碎，置于馬弗爐中，在300-800攝氏度煅燒0.2-4小時(shí)，得到鈦鐵酸鉍粉
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了鐵鈦酸鉍多鐵材料及溶膠凝膠制備方法。鐵鈦酸鉍多鐵材料的化學(xué)組成通式為Bi(FexTi1-x)O3，其中0＜x＜0.8，x為摩爾分?jǐn)?shù)。將分析純級(jí)的硝酸鐵、硝酸鉍、鈦酸丁酯、檸檬酸作為原料，按化學(xué)計(jì)量比為Bi(FexT1-x)O3進(jìn)行稱(chēng)量配料配料，經(jīng)過(guò)溶解、調(diào)節(jié)pH值、制成溶膠、制成凝膠、干燥以及煅燒等工序，最終制備鈦含量高、成分均勻的鐵鈦酸鉍陶瓷粉體。本發(fā)明方法采用溶膠凝膠方法制備了鈦鐵酸鉍多鐵陶瓷粉體，有效地提高了鈦在鐵酸鉍中的固溶度和成分的均勻性，為制備低漏電流和高的鐵電鐵磁性能的鐵鈦酸鉍陶瓷提供了技術(shù)基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)C04B35/26GK102173763SQ201110006210
公開(kāi)日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月11日
發(fā)明者劉來(lái)君, 方亮, 李蕓華, 胡長(zhǎng)征, 蘇聰學(xué), 黃延民 申請(qǐng)人:桂林理工大學(xué)