專利名稱：一種BiFeO₃納米顆粒和微粒的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多鐵性材料的制備方法，特別涉及BiFe03顆粒和微粒制備方法。
技術(shù)背景多鐵性BiFe03具有較高的磁電效應(yīng)存在溫度，為在室溫下利用多鐵性材料設(shè)計(jì)多功能器 件提供了可能性，這使其倍受人們的青睞。然而，單相BiFe03的制備是不容易的，這為研究 BiFe03的性質(zhì)和應(yīng)用設(shè)置了障礙。通過近幾年的廣泛研究，目前人們已經(jīng)開發(fā)出了多種制備 方法可以獲得單相的塊材BiFe03樣品，包括利用激光脈沖沉積(PLD)方法制備薄膜[丄Wang, 丄B. Neaton， et al., 5""'朋ce, 299, 1719 (2003)]，稀硝酸清洗法[M. M. Kumar, et al., Appl. Phys. Lett. 76, 2764 (2000)]、快速液相燒結(jié)法[Y. P, Wang, et al., Appl. Phys. Lett. 84, 1731 (2004).]和快速淬火法[Shan-Tao Zhang, et al. ， J. Appl. Phys. 100， 114108(2006).];另外，R. Mazumder等人[R. Mazurader, et al. ， Ze". 91，062510 (2007).]利用納米燃燒法制備BiFe03的納米顆粒，然后在高溫爐中退火不同時(shí)間得 到不同大小的納米顆粒，以及T.Park等人[Tae-Jin Park, et al., Nano Lett. V7, No. 3, 766 (2007).]綜合利用溶膠-凝膠法和熱動(dòng)法得到不同大小的顆粒樣品。這些制備方法在研 究BiFe03的性能中各存在其優(yōu)缺點(diǎn)，如PLD方法設(shè)備昂貴、稀硝酸清洗法操作復(fù)雜等，并且不 同方法制備的樣品性能上有很大不同。綜上所述，找到一種制備簡(jiǎn)單、對(duì)樣品性能可調(diào)的新 方法是十分有意義的。中國(guó)專利200410064900. 9"—種磁電耦合陶瓷材料及其制備方法"公開了一種化學(xué)式為 Bi卜人Fe卜yBy03的磁電耦合陶瓷材料，其中0《x<0. 5， 0《y<0. 2且x、 y不能同時(shí)為0; A 為三價(jià)稀土金屬離子La、 Nd、 Td、 Sm、 Pr中的一種或兩種；B為一種過渡金屬離子Mn或Co。 同時(shí)該發(fā)明還公開了該材料的制備方法，關(guān)鍵在于在燒結(jié)時(shí)，以30°度/秒以上的升溫速 度升溫，在85(TC至940'C之間燒結(jié)，然后快速降溫。該專利的特點(diǎn)在于制備的樣品擊穿電 場(chǎng)大。但是它也存在不足之處如x、 y不能同時(shí)為O，即純的BiFe03不適應(yīng)；產(chǎn)品顆粒大， 且難以調(diào)節(jié)；另外，對(duì)設(shè)備要求高，普通電爐難以達(dá)到30。度/秒以上的升溫速度。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備昂貴或工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)，為此提出一種新的制備BiFe03納米顆粒和微粒的方法。本發(fā)明利用納米燃燒法結(jié)合微波燒結(jié)法制備BiFe03納米顆粒和微粒樣品。其工藝步驟依 次如下(1) 按化學(xué)計(jì)量比1:1的Fe(N03)3.9H20和Bi (N03)3. 5H20配制硝酸鹽混合溶液，使 Fe(N03)3.9H20和Bi(N03〉3.5ftO完全溶解；或?qū)⒒瘜W(xué)計(jì)量比1:1的FeA和BiA完全溶解于體 積比50%的稀硝酸，制得混合溶液，要求完全溶解即可；(2) 向混合溶液中加入G/yV甘氨酸作為燃料(甘氨酸/硝酸鹽的摩爾比定義為0. 1 《G/N《2.0)。改變甘氨酸的劑量可以改變所得樣品納米顆粒的大小，甘氨酸劑量越多則 顆粒越大；(3) 向混合溶液中加入5~10毫升的乙二酸脫水，將所得溶液放進(jìn)微波爐中用800瓦功 率加熱，蒸干水分后繼續(xù)加熱10 20秒鐘時(shí)間，混合物發(fā)生迅速的燃燒反應(yīng)，得到疏松的 納米顆粒粉末產(chǎn)物；(4) 將上步驟所得的顆粒粉末用普通壓片機(jī)壓制成小片，得到塊狀樣品。然后將塊狀 樣品置于微波爐中燒結(jié)，快速淬火至室溫，得到大小均勻的塊狀微粒產(chǎn)物。500W《微波爐 功率《800W、 l分鐘《燒結(jié)時(shí)間《30分鐘。調(diào)節(jié)微波爐的功率和燒結(jié)時(shí)間可以使微粒 的大小得到調(diào)節(jié)，功率越大、時(shí)間越長(zhǎng)，微粒也就越大。本發(fā)明方法制備的BiFe03納米顆粒、微粒純度高；所得樣品大小可根據(jù)燃料量或燒結(jié)時(shí) 間、功率的不同而得到調(diào)節(jié)，并且顆粒度分布寬。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例l按化學(xué)計(jì)量比l: l稱量O. Ol摩爾的Fe (N03) 3. 9H20和Bi (N03) 3. 5H20,分別溶于100毫升去離 子水，然后混合。加入0.01摩爾甘氨酸，攪拌至Fe(N0丄.9H20和Bi(N03)3.5H20完全溶解。向 混合溶液中加入10毫升的乙二酸脫水，將所得溶液倒入蒸發(fā)皿中，后置于微波爐中，微波爐 功率600瓦，加熱三十分鐘直至蒸干后發(fā)生燃燒即可得到疏松的BiFe03顆粒粉末樣品。實(shí)施例2按化學(xué)計(jì)量比l:l稱量0.005摩爾的FeA和Bi203，分別溶于100毫升50% (體積比) 的稀硝酸制得溶液，然后混合。向混合溶液中加入0.005摩爾的甘氨酸，攪拌溶解。向混合 溶液中加入5毫升的乙二酸脫水，將所得溶液倒入蒸發(fā)皿中，后置于微波爐中，微波爐功率 800瓦，加熱二十分鐘直至蒸干后發(fā)生燃燒即可得到疏松的BiFe03顆粒粉末樣品。實(shí)施例3按化學(xué)計(jì)量比1:1稱量0. 01摩爾的Fe (N03) 3.9H20和Bi (N03) 3. 5H20，分別溶于100毫升 去離子水，然后混合。向混合溶液中加入0.01摩爾的甘氨酸，攪拌溶解。向混合溶液中加 入10毫升的乙二酸脫水，將所得溶液倒入蒸發(fā)皿中，置于微波爐中，利用800瓦功率加熱 二十分鐘直至蒸干后燃燒得到BiFe03顆粒粉末樣品。將所制得的BiFe03顆粒粉末樣品用普通 小型壓片機(jī)壓片(一般為2mm厚)，將BiFe03樣品放入坩堝中，然后置于微波爐中用功率800 瓦燒結(jié)五分鐘，然后快速淬火至室溫，便制得BiFe03塊狀微粒樣品。實(shí)施例4按化學(xué)計(jì)量比l:l稱量0.005摩爾的FeA和Bi203，分別溶于100毫升50% (體積比)的稀 硝酸制得溶液，然后混合。向混合溶液中加入0.005摩爾的甘氨酸，攪拌溶解。向混合溶液 中加入7毫升的乙二酸脫水，將所得溶液倒入蒸發(fā)皿中，置于微波爐中，利用800瓦功率加 熱二十分鐘直至蒸干后燃燒即可得到BiFe03顆粒粉末樣品。將所制得的BiFe03顆粒粉末樣品 用普通小型壓片機(jī)壓片， 一般為2mm厚，BiFe03樣品放入坩堝之中然后置于微波爐中用功率 800瓦燒結(jié)五分鐘，然后快速淬火至室溫，便制得BiFe03塊狀微粒樣品。
權(quán)利要求
1. 一種BiFeO3納米顆粒和微粒的制備方法，其特征工藝步驟依次如下(1)按化學(xué)計(jì)量比1∶1的Fe(NO3)3.9H2O和Bi(NO3)3.5H2O配制硝酸鹽混合溶液，使Fe(NO3)3.9H2O和Bi(NO3)3.5H2O完全溶解；或?qū)⒒瘜W(xué)計(jì)量比1∶1的Fe2O3和Bi2O3完全溶解于50％的稀硝酸，制得混合溶液；(2)向混合溶液中加入G/N甘氨酸作為燃料，甘氨酸/硝酸鹽的摩爾比定義為G/N，0.1≤G/N≤2.0；(3)向混合溶液中加入5～10毫升的乙二酸脫水，將所得溶液放進(jìn)微波爐中用800瓦功率加熱，蒸干水分后繼續(xù)加熱10～20秒鐘，混合物發(fā)生迅速的燃燒反應(yīng)，得到疏松的納米顆粒粉末產(chǎn)物；(4)將上步驟所得的顆粒粉末用壓片機(jī)壓制成小片，得到塊狀樣品；然后將塊狀樣品置于微波爐中燒結(jié)，快速淬火至室溫，得到大小均勻的塊狀微粒產(chǎn)物；500W≤微波爐功率≤800W、1分鐘≤燒結(jié)時(shí)間≤30分鐘。
全文摘要
一種BiFeO₃納米顆粒和微粒的制備方法，按化學(xué)計(jì)量比1∶1的Fe(NO₃)₃.9H₂O和Bi(NO₃)₃.5H₂O或Fe₂O₃和Bi₂O₃配制硝酸鹽混合溶液，加入甘氨酸作為燃料，加入5～10毫升的乙二酸脫水，將所得溶液放進(jìn)微波爐中用800瓦功率加熱，蒸干水分后繼續(xù)加熱10～20秒鐘，混合物發(fā)生迅速的燃燒反應(yīng)，得到疏松的納米顆粒粉末產(chǎn)物。將所得的顆粒粉末用壓片機(jī)壓制成小片，得到塊狀樣品；然后將塊狀樣品置于微波爐中燒結(jié)，快速淬火至室溫，得到大小均勻的塊狀微粒產(chǎn)物。本方法制備的BiFeO₃純度高、顆粒大小均勻，顆粒度可調(diào)。
文檔編號(hào)C01G49/00GK101269842SQ200810106040
公開日2008年9月24日 申請(qǐng)日期2008年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月7日
發(fā)明者王棟梁, 羅萬(wàn)居, 馬衍偉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電工研究所