專利名稱：一種鐵摻雜的鈦酸鉍鈉多鐵性材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵摻雜的鈦酸鉍鈉多鐵性材料及其制備方法，屬于無機(jī)非 金屬材料領(lǐng)域。
技術(shù)背景磁性材料與電子材料的發(fā)展?jié)B透于現(xiàn)代技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域中，人們對集電與 磁性于一身的多鐵性材料研究興趣日益提高。多鐵性材料是一種具有磁電轉(zhuǎn)換 功能的新材料，即具有磁電效應(yīng)，磁電效應(yīng)是一種典型的鐵性多功能耦合效應(yīng)， 給多鐵性材料施加一磁場可以產(chǎn)生相應(yīng)的電場，反之當(dāng)施加一定的電場可以在 多鐵性材料中誘導(dǎo)出相應(yīng)的磁場。這種多鐵性材料在信息存儲(chǔ)、衛(wèi)星通訊、微 波領(lǐng)域、精密控制、自旋電子器件、高壓輸電線路的電路測量、磁電傳感器及 電容-電感一體化器件方面等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，在基礎(chǔ)物理研究的方面 也具有極其重要的意義。目前，多鐵性材料己成為一種非常重要的功能材料， 引起了材料科學(xué)工作者的高度重視。然而，在自然界中存在的多鐵性材料非常少。據(jù)理論分析，允許磁性和鐵電性同時(shí)存在的點(diǎn)群僅有13個(gè)，在室溫下同時(shí)具有鐵電性和磁性的單相多鐵性 材料則更為稀少。鈦酸鉍鈉本身具有良好的鐵電性，但不具有磁性，因此，研 究開發(fā)新的多鐵性材料在理論和實(shí)際應(yīng)用方面都具有極其重要的意義。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡單、成本低廉的鐵摻雜的鈦酸鉍鈉多鐵性 材料及其制備方法。本發(fā)明的鐵摻雜的鈦酸鉍鈉多鐵性材料，其化學(xué)式為Nac^B^FeJVxCb,本發(fā)明的鐵摻雜的鈦酸鉍鈉多鐵性材料的制備方法，采用的是水熱合成法，具體步驟如下1) 按欲合成的鐵摻雜鈦酸鉍鈉的化學(xué)式Nao.5Bi。.5FeJVx03, 0<xS0.8，計(jì) 量稱取硝酸鉍、硝酸鐵和硫酸鈦， 一起溶于質(zhì)量濃度為30%的硝酸水溶液，形 成含有硝酸鉍、硝酸鐵和硫酸鈦的水溶液，并調(diào)節(jié)溶液中金屬離子的濃度為 0.05 0.40mol/L;2) 攪拌狀態(tài)下，向步驟l)制得的含有硝酸鉍、硝酸鐵和硫酸鈦的水溶液中加入過量的氫氧化鈉水溶液中，將得到的沉淀過濾、洗滌，得到鉍、鐵、鈦的羥基氧化物沉淀；3) 將得到的鉍、鐵、鈦的羥基氧化物沉淀及氫氧化鈉加入到反應(yīng)釜內(nèi)膽 中，用去離子水調(diào)節(jié)反應(yīng)釜內(nèi)膽中的反應(yīng)物料體積達(dá)到反應(yīng)釜內(nèi)膽容積的 70% 卯％，攪拌至少10分鐘，其中鉍、鐵、鈦的羥基氧化物的摩爾體積分?jǐn)?shù) 為0.05 2mol/L，氫氧化鈉的摩爾體積分?jǐn)?shù)為6-12mol/L，摩爾體積分?jǐn)?shù)的體積 基數(shù)為所有引入反應(yīng)釜內(nèi)膽中的物料體積；4) 將步驟3)配置有反應(yīng)物料的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密封，在160 200。C下保溫2 24小時(shí)進(jìn)行水熱處理，然后讓反應(yīng)釜自然冷卻到室溫，卸釜 后，用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌反應(yīng)產(chǎn)物，過濾、烘干。本發(fā)明中，所說的反應(yīng)釜可采用聚四氟乙烯內(nèi)膽，不銹鋼套件密閉的反應(yīng)釜。本發(fā)明中，所說的硝酸鉍、硝酸鐵、硫酸鈦、氫氧化鈉和無水乙醇的純度 均不低于化學(xué)純。本發(fā)明制備過程步驟2)中，對加入過量的氫氧化鈉水溶液的濃度沒有特殊 要求。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明通過鐵摻雜使鈦酸鉍鈉獲得鐵磁性，從而成功地制得了一種同時(shí)具 有鐵電性和鐵磁性的鈦酸鉍鈉多鐵性材料。本發(fā)明采用水熱合成方法設(shè)備簡 單，工藝條件容易控制，無污染，成本低廉，易于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的鐵摻 雜鈦酸鉍鈉多鐵性材料，在信息存儲(chǔ)、衛(wèi)星通訊、微波領(lǐng)域、精密控制、自旋 電子器件、高壓輸電線路的電路測量、磁電傳感器及電容-電感一體化器件方 面等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，在基礎(chǔ)物理研究的方面也具有極其重要的意 義。


圖1是鐵摻雜的鈦酸鉍鈉多鐵性材料的XRD圖譜； 圖2是鐵摻雜的鈦酸鉍鈉多鐵性材料在室溫下的磁滯回線； 圖3是鐵摻雜的鈦酸鉍鈉多鐵性材料在室溫下的電滯回線。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。 實(shí)施例l1)按欲合成的鐵摻雜鈦酸鉍鈉的化學(xué)式Na。.5Bi。.5FeJVx03, x=0.5，計(jì)量稱取硝酸鉍、硝酸鐵和硫酸鈦， 一起溶于質(zhì)量濃度為30%硝酸水溶液，形成含有 硝酸鉍、硝酸鐵和硫酸鈦的水溶液，并調(diào)節(jié)溶液中金屬離子的濃度為 0.05mol/L;2) 攪拌狀態(tài)下，向步驟l)制得的含有硝酸鉍、硝酸鐵和硫酸釹的水溶液 中加入過量的氫氧化鈉水溶液中，將得到的沉淀過濾、洗滌，得到鉍、鐵、鈦 的羥基氧化物沉淀；3) 將得到的鉍、鐵、鈦的羥基氧化物沉淀及氫氧化鈉加入到反應(yīng)釜內(nèi)膽 中，用去離子水調(diào)節(jié)反應(yīng)釜內(nèi)膽中的反應(yīng)物料體積達(dá)到反應(yīng)釜內(nèi)膽容積的 70%，攪拌10分鐘，其中鉍、鐵、鈦的羥基氧化物的摩爾體積分?jǐn)?shù)為0.1mol/L， 氫氧化鈉的摩爾體積分?jǐn)?shù)為6mol/L，摩爾體積分?jǐn)?shù)的體積基數(shù)為所有引入反應(yīng) 釜內(nèi)膽中的物料體積；4) 將步驟3)配置有反應(yīng)物料的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密封，在20(fC 下保溫12小時(shí)進(jìn)行水熱處理，然后讓反應(yīng)釜自然冷卻到室溫，卸釜后，用去 離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌反應(yīng)產(chǎn)物，過濾、烘干，得到鐵摻雜的鈦酸鉍鈉粉 體。其XRD圖譜見圖1;磁滯回線見圖2，其磁化強(qiáng)度為2emu/g;電滯回線見 圖3，其剩余極化強(qiáng)度為3.5uC/cm2。實(shí)施例21) 按欲合成的鐵摻雜鈦酸鉍鈉的化學(xué)式Nao.sBio.sFexTi^Og, x=0.8，計(jì)量稱 取硝酸鉍、硝酸鐵和硫酸鈦， 一起溶于質(zhì)量濃度為30%硝酸水溶液，形成含有 硝酸鉍、硝酸鐵和硫酸鈦的水溶液，并調(diào)節(jié)溶液中金屬離子的濃度為0.2mol/L;2) 攪拌狀態(tài)下，向步驟l)制得的含有硝酸鉍、硝酸鐵和硫酸鈦的水溶液 中加入過量的氫氧化鈉水溶液中，將得到的沉淀過濾、洗滌，得到鉍、鐵、鈦 的羥基氧化物沉淀；3) 將得到的鉍、鐵、鈦的羥基氧化物沉淀及氫氧化鈉加入到反應(yīng)釜內(nèi)膽 中，用去離子水調(diào)節(jié)反應(yīng)釜內(nèi)膽中的反應(yīng)物料體積達(dá)到反應(yīng)釜內(nèi)膽容積的 80%，攪拌10分鐘，其中鉍、鐵、鈦的羥基氧化物的摩爾體積分?jǐn)?shù)為0.05mol/L， 氫氧化鈉的摩爾體積分?jǐn)?shù)為8mol/L，摩爾體積分?jǐn)?shù)的體積基數(shù)為所有引入反應(yīng) 釜內(nèi)膽中的物料體積；4) 將步驟3)配置有反應(yīng)物料的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密封，在160。C 下保溫24小時(shí)進(jìn)行水熱處理，然后讓反應(yīng)釜自然冷卻到室溫，卸釜后，用去 離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌反應(yīng)產(chǎn)物，過濾、烘干,得到鐵摻雜的鈦酸鉍鈉粉體。 室溫下其磁化強(qiáng)度為1.5emu/g;剩余極化強(qiáng)度為5.2uC/cm2。實(shí)施例31) 按欲合成的鐵摻雜鈦酸鉍鈉的化學(xué)式Nao.5Bi。.5FeJVx03, x=0.2，計(jì)量稱 取硝酸鉍、硝酸鐵和硫酸鈦， 一起溶于質(zhì)量濃度為30%硝酸水溶液，形成含有 硝酸鉍、硝酸鐵和硫酸鈦的水溶液，并調(diào)節(jié)溶液中金屬離子的濃度為0.4mol/L;2) 攪拌狀態(tài)下，向步驟l)制得的含有硝酸鉍、硝酸鐵和硫酸鈦的水溶液 中加入過量的氫氧化鈉水溶液中，將得到的沉淀過濾、洗滌，得到鉍、鐵、鈦 的羥基氧化物沉淀；3) 將得到的鉍、鐵、鈦的羥基氧化物沉淀及氫氧化鈉加入到反應(yīng)釜內(nèi)膽 中，用去離子水調(diào)節(jié)反應(yīng)釜內(nèi)膽中的反應(yīng)物料體積達(dá)到反應(yīng)釜內(nèi)膽容積的 70%,攪拌10分鐘，其中鉍、鐵、鈦的羥基氧化物的摩爾體積分?jǐn)?shù)為2mol/L， 氫氧化鈉的摩爾體積分?jǐn)?shù)為12mol/L，摩爾體積分?jǐn)?shù)的體積基數(shù)為所有引入反 應(yīng)釜內(nèi)膽中的物料體積；4) 將步驟3)配置有反應(yīng)物料的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密封，在180。C 下保溫24小時(shí)進(jìn)行水熱處理，然后讓反應(yīng)釜自然冷卻到室溫，卸釜后，用去 離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌反應(yīng)產(chǎn)物，過濾、烘干，得到鐵摻雜的鈦酸鉍鈉粉 體。室溫下其磁化強(qiáng)度為0.5emu/g;剩余極化強(qiáng)度為4.8uC/cm2。
權(quán)利要求
1.一種鐵摻雜的鈦酸鉍鈉多鐵性材料，其特征在于它的化學(xué)式為Na0.5Bi0.5FexTi1-xO3，0＜x≤0.8。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵摻雜的鈦酸鉍鈉多鐵性材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟1) 按欲合成的鐵摻雜鈦酸鉍鈉的化學(xué)式Nao.5Bio.5FeJlk03， 0<x￡0.8，計(jì) 量稱取硝酸鉍、硝酸鐵和硫酸鈦， 一起溶于質(zhì)量濃度為30%的硝酸水溶液，形 成含有硝酸鉍、硝酸鐵和硫酸鈦的水溶液，并調(diào)節(jié)溶液中金屬離子的濃度為 0.05 0.40mol/L;2) 攪拌狀態(tài)下，向步驟l)制得的含有硝酸鉍、硝酸鐵和硫酸鈦的水溶液 中加入過量的氫氧化鈉水溶液中，將得到的沉淀過濾、洗滌，得到鉍、鐵、鈦 的羥基氧化物沉淀；3) 將得到的鉍、鐵、鈦的羥基氧化物沉淀及氫氧化鈉加入到反應(yīng)釜內(nèi)膽 中，用去離子水調(diào)節(jié)反應(yīng)釜內(nèi)膽中的反應(yīng)物料體積達(dá)到反應(yīng)釜內(nèi)膽容積的 70%~90%，攪拌至少10分鐘，其中鉍、鐵、鈦的羥基氧化物的摩爾體積分?jǐn)?shù) 為0.05~2mol/L，氫氧化鈉的摩爾體積分?jǐn)?shù)為6-12mol/L，摩爾體積分?jǐn)?shù)的體積 基數(shù)為所有弓I入反應(yīng)釜內(nèi)膽中的物料體積；4) 將步驟3)配置有反應(yīng)物料的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密封，在160 200。C下保溫2 24小時(shí)進(jìn)行水熱處理，然后讓反應(yīng)釜自然冷卻到室溫，卸釜 后，用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌反應(yīng)產(chǎn)物，過濾、烘干。
3.-根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵摻雜的鈦酸鉍鈉多鐵性材料的制備方法，其特 征在于反應(yīng)釜為聚四氟乙烯內(nèi)膽，不銹鋼套件密閉的反應(yīng)釜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵摻雜的鈦酸鉍鈉多鐵性材料的制備方法，其特 征在于所說的硝酸鉍、硝酸鐵、硫酸鈦、氫氧化鈉和無水乙醇的純度均不低于 化學(xué)純。
全文摘要
本發(fā)明公開的鐵摻雜的鈦酸鉍鈉多鐵性材料，其化學(xué)式為Na_0.5Bi_0.5Fe_xTi_1-xO₃，0＜x≤0.8。制備方法包括制備鐵、鉍和鈦的羥基氧化物沉淀作為反應(yīng)物料，加入適宜濃度的氫氧化鈉促進(jìn)晶化，于160-200℃下，水熱反應(yīng)得到摻鐵鈦酸鉍鈉多鐵性材料。本發(fā)明制得的鐵摻雜鈦酸鉍鈉多鐵材料同時(shí)具有鐵電性和鐵磁性，且工藝過程簡單，無污染，成本低，易于規(guī)模化生產(chǎn)。鐵摻雜的鈦酸鉍鈉多鐵性材料具有良好的鐵電性和較強(qiáng)的鐵磁性，在信息存儲(chǔ)、衛(wèi)星通訊、微波領(lǐng)域、精密控制、自旋電子器件、高壓輸電線路的電路測量、磁電傳感器及電容-電感一體化器件方面等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，在基礎(chǔ)物理研究的方面也具有極其重要的意義。
文檔編號(hào)C01G49/00GK101219813SQ20081005949
公開日2008年7月16日 申請日期2008年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月24日
發(fā)明者張溪文, 剛 徐, 杜丕一, 鴿 沈, 王永剛, 翁文劍, 趙高凌, 韓高榮 申請人:浙江大學(xué)