專利名稱：一種鐵酸鉍碗狀晶體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵酸鉍碗狀晶體的制備方法，屬于無(wú)機(jī)非金屬材料領(lǐng)域。
技術(shù)背景
多鐵材料是集鐵電性和磁性于一身的材料，鐵電性和磁性的共存不僅使多鐵材料在磁性和鐵電器件方面具有重要的應(yīng)用前景，而且在新型存儲(chǔ)器件方面也具有重要意義。 作為一種典型的單相多鐵性材料，純相BWeO3具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，是少數(shù)在室溫下同時(shí)具有鐵電性和磁性的材料之一，鐵酸鉍已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)。
納米材料的性能取決于晶體的形貌和尺寸等因素，因此，鐵酸鉍碗狀晶體的制備在理論研究和實(shí)際應(yīng)用方面都意義重大。而納米晶體的液相合成方法具有操作簡(jiǎn)單，設(shè)備要求低，無(wú)污染、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡(jiǎn)單、易操作，成本低廉的制備鐵酸鉍碗狀晶體的方法。
本發(fā)明的鐵酸鉍碗狀晶體的制備方法，采用的是水熱合成法，具體步驟如下1)將硝酸鐵溶于水溶液，調(diào)節(jié)溶液中的狗3+離子濃度為0.2^0. 8mol/L ；2)攪拌狀態(tài)下，向步驟1)制得的硝酸鐵的水溶液中加入氫氧化鉀水溶液，使溶液的PH 值為14，將得到的沉淀過(guò)濾、洗滌，得到鈦的羥基氧化物沉淀；3)將硝酸鉍溶于0.2wt%的稀硝酸溶液，形成硝酸鉍溶液，調(diào)節(jié)溶液中鉍離子的濃度為 0. 2 0. 8mol/L ；4)攪拌狀態(tài)下，向步驟3)制得的硝酸鉍溶液中加入氫氧化鉀水溶液，使溶液的pH值為 14，將得到的沉淀過(guò)濾、洗滌，得到鉍的羥基氧化物沉淀；5)將鐵和鉍的羥基氧化物沉淀、氫氧化鉀和硝酸鉻加入到反應(yīng)釜內(nèi)膽中，用蒸餾水調(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709Γ90%，攪拌1(Γ40分鐘，其中鐵的羥基氧化物的摩爾濃度為0. Γ0. 5mol/L，鐵與鉍的摩爾比為1:1，鉻與鐵的摩爾比為 0. 00Γ0. 01，氫氧化鉀的摩爾濃度為6 12mol/L，摩爾濃度的體積基數(shù)為所有引入反應(yīng)釜內(nèi)膽中的物料體積；6)將步驟5)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12(T200°C下保溫 6^24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0. 2wt%的稀硝酸和蒸餾水反復(fù)洗滌反應(yīng)產(chǎn)物，過(guò)濾、烘干，得到鐵酸鉍碗狀晶體。
本發(fā)明制備過(guò)程中，使用的反應(yīng)釜是聚四氟乙烯內(nèi)膽，不銹鋼套件密閉的反應(yīng)釜。
本發(fā)明制備過(guò)程中，所說(shuō)的硝酸鐵、硝酸鉍、硝酸鉻、氫氧化鉀、和無(wú)水乙醇的純度均不低于化學(xué)純。
本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明采用水熱法制備了結(jié)晶穩(wěn)定性好、純度高的鐵酸鉍碗狀晶體。本發(fā)明的鐵酸鉍碗狀晶體的水熱合成方法，無(wú)環(huán)境污染、設(shè)備簡(jiǎn)單、工藝條件容易控制、制備的成本低廉、易于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的鐵酸鉍碗狀晶體在微波領(lǐng)域、精密控制、自旋電子器件、信息存儲(chǔ)、 衛(wèi)星通訊的電路測(cè)量、磁電傳感器等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，在基礎(chǔ)物理的研究方面也具有重要的意義。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1合成的鐵酸鉍碗狀晶體的XRD圖譜；圖2是本發(fā)明實(shí)施例1合成的鐵酸鉍碗狀晶體的透射電鏡(TEM)照片。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
實(shí)施例11)將硝酸鐵溶于水溶液，調(diào)節(jié)溶液中的狗3+離子濃度為0.2mol/L ；2)攪拌狀態(tài)下，向步驟1)制得的硝酸鐵的水溶液中加入氫氧化鉀水溶液，使溶液的PH 值為14，將得到的沉淀過(guò)濾、洗滌，得到鈦的羥基氧化物沉淀；3)將硝酸鉍溶于0.2wt%的稀硝酸溶液，形成硝酸鉍溶液，調(diào)節(jié)溶液中鉍離子的濃度為 0.2mol/L ；4)攪拌狀態(tài)下，向步驟3)制得的硝酸鉍溶液中加入氫氧化鉀水溶液，使溶液的pH值為 14，將得到的沉淀過(guò)濾、洗滌，得到鉍的羥基氧化物沉淀；5)將鐵和鉍的羥基氧化物沉淀、氫氧化鉀和硝酸鉻加入到反應(yīng)釜內(nèi)膽中，用蒸餾水調(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，其中鐵的羥基氧化物的摩爾濃度為0. lmol/L，鐵與鉍的摩爾比為1:1，鉻與鐵的摩爾比為0. 001，氫氧化鉀的摩爾濃度為6mol/L，摩爾濃度的體積基數(shù)為所有引入反應(yīng)釜內(nèi)膽中的物料體積；6)將步驟5)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120°C下保溫6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0. 2wt%的稀硝酸和蒸餾水反復(fù)洗滌反應(yīng)產(chǎn)物，過(guò)濾、烘干，得到鐵酸鉍碗狀晶體，碗狀晶體的外徑約為lum，內(nèi)徑約為 600nm，高度約為800nm。其XRD圖譜見(jiàn)圖1，透射電鏡(TEM)照片見(jiàn)圖2。
實(shí)施例21)將硝酸鐵溶于水溶液，調(diào)節(jié)溶液中的狗3+離子濃度為0.35mol/L ；2)攪拌狀態(tài)下，向步驟1)制得的硝酸鐵的水溶液中加入氫氧化鉀水溶液，使溶液的PH 值為14，將得到的沉淀過(guò)濾、洗滌，得到鈦的羥基氧化物沉淀；3)將硝酸鉍溶于0.2wt%的稀硝酸溶液，形成硝酸鉍溶液，調(diào)節(jié)溶液中鉍離子的濃度為 0.4mol/L ；4)攪拌狀態(tài)下，向步驟3)制得的硝酸鉍溶液中加入氫氧化鉀水溶液，使溶液的pH值為 14，將得到的沉淀過(guò)濾、洗滌，得到鉍的羥基氧化物沉淀；5)將鐵和鉍的羥基氧化物沉淀、氫氧化鉀和硝酸鉻加入到反應(yīng)釜內(nèi)膽中，用蒸餾水調(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25分鐘，其中鐵的羥基氧化物的摩爾濃度為0. 3mol/L,鐵與鉍的摩爾比為1 1，鉻與鐵的摩爾比為0. 003，氫氧化鉀的摩爾濃度為8mol/L，摩爾濃度的體積基數(shù)為所有引入反應(yīng)釜內(nèi)膽中的物料體積；6)將步驟5)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150°C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0. 2wt%的稀硝酸和蒸餾水反復(fù)洗滌反應(yīng)產(chǎn)物，過(guò)濾、烘干，得到鐵酸鉍碗狀晶體，碗狀晶體的外徑約為1. 2um,內(nèi)徑約為 650nm,高度約為750nm。
實(shí)施例31)將硝酸鐵溶于水溶液，調(diào)節(jié)溶液中的狗3+離子濃度為0.6mol/L ；2)攪拌狀態(tài)下，向步驟1)制得的硝酸鐵的水溶液中加入氫氧化鉀水溶液，使溶液的PH 值為14，將得到的沉淀過(guò)濾、洗滌，得到鈦的羥基氧化物沉淀；3)將硝酸鉍溶于0.2wt%的稀硝酸溶液，形成硝酸鉍溶液，調(diào)節(jié)溶液中鉍離子的濃度為 0.55mol/L ；4)攪拌狀態(tài)下，向步驟3)制得的硝酸鉍溶液中加入氫氧化鉀水溶液，使溶液的pH值為 14，將得到的沉淀過(guò)濾、洗滌，得到鉍的羥基氧化物沉淀；5)將鐵和鉍的羥基氧化物沉淀、氫氧化鉀和硝酸鉻加入到反應(yīng)釜內(nèi)膽中，用蒸餾水調(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85%，攪拌30分鐘，其中鐵的羥基氧化物的摩爾濃度為0. 4mol/L，鐵與鉍的摩爾比為1:1，鉻與鐵的摩爾比為0. 008，氫氧化鉀的摩爾濃度為lOmol/L，摩爾濃度的體積基數(shù)為所有引入反應(yīng)釜內(nèi)膽中的物料體積；6)將步驟5)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21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0. 2wt%的稀硝酸和蒸餾水反復(fù)洗滌反應(yīng)產(chǎn)物，過(guò)濾、烘干，得到鐵酸鉍碗狀晶體，碗狀晶體的外徑約為1. 3um,內(nèi)徑約為 700nm，高度約為850nm。
實(shí)施例41)將硝酸鐵溶于水溶液，調(diào)節(jié)溶液中的狗3+離子濃度為0.8mol/L ；2)攪拌狀態(tài)下，向步驟1)制得的硝酸鐵的水溶液中加入氫氧化鉀水溶液，使溶液的PH 值為14，將得到的沉淀過(guò)濾、洗滌，得到鈦的羥基氧化物沉淀；3)將硝酸鉍溶于0.2wt%的稀硝酸溶液，形成硝酸鉍溶液，調(diào)節(jié)溶液中鉍離子的濃度為 0.8mol/L ；4)攪拌狀態(tài)下，向步驟3)制得的硝酸鉍溶液中加入氫氧化鉀水溶液，使溶液的pH值為 14，將得到的沉淀過(guò)濾、洗滌，得到鉍的羥基氧化物沉淀；5)將鐵和鉍的羥基氧化物沉淀、氫氧化鉀和硝酸鉻加入到反應(yīng)釜內(nèi)膽中，用蒸餾水調(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90%，攪拌40分鐘，其中鐵的羥基氧化物的摩爾濃度為0. 5mol/L，鐵與鉍的摩爾比為1:1，鉻與鐵的摩爾比為0. 01，氫氧化鉀的摩爾濃度為12mol/L，摩爾濃度的體積基數(shù)為所有引入反應(yīng)釜內(nèi)膽中的物料體積；6)將步驟5)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200°C下保溫對(duì)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0. 2wt%的稀硝酸和蒸餾水反復(fù)洗滌反應(yīng)產(chǎn)物，過(guò)濾、烘干，得到鐵酸鉍碗狀晶體，碗狀晶體的外徑約為1. 5um,內(nèi)徑約為 700nm，高度約為900nm。
權(quán)利要求
1.一種鐵酸鉍碗狀晶體的制備方法，其特征在于包括以下步驟1)將硝酸鐵溶于水溶液，調(diào)節(jié)溶液中的狗3+離子濃度為0.2^0. 8mol/L ；2)攪拌狀態(tài)下，向步驟1)制得的硝酸鐵的水溶液中加入氫氧化鉀水溶液，使溶液的PH 值為14，將得到的沉淀過(guò)濾、洗滌，得到鈦的羥基氧化物沉淀；3)將硝酸鉍溶于0.2wt%的稀硝酸溶液，形成硝酸鉍溶液，調(diào)節(jié)溶液中鉍離子的濃度為 0. 2 0. 8mol/L ；4)攪拌狀態(tài)下，向步驟3)制得的硝酸鉍溶液中加入氫氧化鉀水溶液，使溶液的pH值為 14，將得到的沉淀過(guò)濾、洗滌，得到鉍的羥基氧化物沉淀；5)將鐵和鉍的羥基氧化物沉淀、氫氧化鉀和硝酸鉻加入到反應(yīng)釜內(nèi)膽中，用蒸餾水調(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709Γ90%，攪拌1(Γ40分鐘，其中鐵的羥基氧化物的摩爾濃度為0. Γ0. 5mol/L，鐵與鉍的摩爾比為1:1，鉻與鐵的摩爾比為 0. 00Γ0. 01，氫氧化鉀的摩爾濃度為6 12mol/L，摩爾濃度的體積基數(shù)為所有引入反應(yīng)釜內(nèi)膽中的物料體積；6)將步驟5)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12(T200°C下保溫 6^24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0. 2wt%的稀硝酸和蒸餾水反復(fù)洗滌反應(yīng)產(chǎn)物，過(guò)濾、烘干，得到鐵酸鉍碗狀晶體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵酸鉍碗狀晶體的制備方法，其特征是反應(yīng)釜為聚四氟乙烯內(nèi)膽，不銹鋼套件密閉的反應(yīng)釜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵酸鉍碗狀晶體的制備方法，其特征是所說(shuō)的硝酸鐵、硝酸鉍、氫氧化鉀、硝酸鉻和無(wú)水乙醇的純度均不低于化學(xué)純。
全文摘要
一種鐵酸鉍碗狀晶體的制備方法，包括制備鐵和鉍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鉀促進(jìn)晶化，在水熱系統(tǒng)中引入硝酸鉻來(lái)控制鐵酸鉍晶體的生長(zhǎng)，于110~200oC下，以水為溶劑，水熱反應(yīng)得到結(jié)晶良好的鐵酸鉍碗狀晶體。本發(fā)明首次實(shí)現(xiàn)了鐵酸鉍碗狀晶體的合成，并且工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，鐵酸鉍碗狀晶體的尺寸容易控制，成本低廉，無(wú)污染，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。該產(chǎn)品在磁性、鐵電器件和新型存儲(chǔ)器件等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C01G49/00GK102515277SQ20111044898
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者徐國(guó)輝, 楊琳琳, 林海燕, 王曉峰, 王永剛, 王玉江, 羅偉 申請(qǐng)人:洛陽(yáng)理工學(xué)院