專利名稱：一種溶劑熱法制備鐵酸鉍粉體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鐵酸鉍粉體的制備方法，特別涉及一種溶劑熱法制備鐵酸鉍粉體的方法。
背景技術(shù)：
由于同時(shí)具有鐵電性和鐵磁性或鐵彈性，多鐵性材料在信息存儲(chǔ)器件、自旋電子器件和傳感器等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。作為代表性的單相多鐵性材料，鐵酸鉍(BiFeO3)具有高鐵電居里溫度(Tc ^ 820V )和高的反鐵磁尼爾溫度(Tn 370°C )，是極少數(shù)在室溫下具有多鐵性質(zhì)的材料，因而近年來(lái)受到廣泛的研究。然而，由于第二相的雜質(zhì)存在所導(dǎo)致的大的漏電流嚴(yán)重的阻礙了 BiFeO3材料的應(yīng)用。 目前合成BiFeO3粉體的方法主要有高溫固相燒結(jié)法和草酸鐵先驅(qū)體法、聚合物先驅(qū)體法、溶膠-凝膠法、微乳液法和共沉淀法等化學(xué)法。高溫固相法在燒結(jié)之后需要借助硝酸去除Bi2Fe4O9和Bi25FeO4tl等雜相，使粉體表面粗糙，而且重現(xiàn)性也不好。而采用如共沉淀法，濕化學(xué)法，微乳液法，溶膠凝膠法等化學(xué)法仍然需要在高于400°C的溫度下燒結(jié)，會(huì)導(dǎo)致粉體形貌不規(guī)則和粒徑分布不均，最終影響材料的性能。相對(duì)其它化學(xué)法而言，水熱合成法合成的BiFeO3粉體具有純度高、分散性好、結(jié)晶度好、晶形容易控制等優(yōu)點(diǎn)。公開號(hào)為CN101311369A的發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種通過快速冷卻水熱反應(yīng)來(lái)制備純相鐵酸鉍微晶的方法，但是制備溫度達(dá)200°C，能耗高。至今國(guó)內(nèi)外關(guān)于溶劑熱法制備鐵酸鉍(BiFeO3)的報(bào)道較少。文獻(xiàn)“LeiZhang,Xiao-Feng CaojYing-Li MajXue-Tai Chen, Zi-Ling Xuej Polymer-directedsynthesis and magnetic property of nanoparticles-assembled BiFeO3 microrods.Journal of Solid State Chemistry, 2010，183，1761-1766” 公開了一種溶劑熱法制備BiFeO3的方法，其反應(yīng)溶劑為無(wú)水乙醇和PVP的混合物，并制得了純相的由納米顆粒組成的BiFeO3 微棒，但制備溫度達(dá) 18(TC，能耗高。文獻(xiàn)“Soumen Dasj Soumen Basuj Solvothermalsynthesis of Nano-to—submicrometer sized BiFeO3 andBi—Fe—Oxides with variousmorphologies,Journal of nanoscience and nanotechnology,2009，9，5622-5626，，公開了一種溶劑熱法制備BiFeO3的方法，但制備溫度達(dá)200°C 230°C，能耗高。文獻(xiàn)“Yuning Huoj Yi Jinj Ya Zhang，Citric acid assisted solvothermal synthesis ofBiFeO3 microspheres with high visible-light photocatalytic activity, Journalof Molecular Catalysis A:Chemical，2010，331，15 - 20” 公開了一種梓樣酸輔助溶劑熱法制備BiFeO3的方法，但其溶劑熱反應(yīng)產(chǎn)物需要經(jīng)后續(xù)的500°C燒結(jié)工藝才能制得純相的BiFeO3微球，能耗高。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種溶劑熱法制備鐵酸鉍粉體的方法，能在120°C 130°C下合成純相鐵酸鉍，節(jié)省能源，且鐵酸鉍結(jié)晶完好、工藝控制及合成所需儀器設(shè)備簡(jiǎn)單。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種溶劑熱法制備鐵酸鉍粉體的方法，包括以下步驟(I)按摩爾比I : I稱量分析純的Fe (NO3) 3 · 9H20和Bi (NO3) 3 · 5H20,并將其溶解于IOOml的8 10%的硝酸溶液中，通過磁力攪拌配成均勻的母鹽溶液；母鹽溶液的濃度為O.05 O. lmol/L ；(2)將40ml的8 lOmol/L的KOH溶液滴加到母鹽溶液中，經(jīng)磁力攪拌后得到沉淀物，再將沉淀物用去離子水反復(fù)清洗至中性，干燥后制得水熱反應(yīng)前驅(qū)物；(3)將步驟(2)制備的水熱反應(yīng)前驅(qū)物放入水熱釜中，并加入無(wú)水乙醇和水的混合物作為溶劑，以及4moI/L IOmoI/L的KOH作為礦化劑，填充度為70% 80% ；
(4)密封反應(yīng)釜，將反應(yīng)釜置于120°C 130°C烘箱內(nèi)，反應(yīng)16 28h后取出反應(yīng)釜中的產(chǎn)物，經(jīng)過濾得到沉淀物；沉淀物經(jīng)洗滌，干燥后得到鐵酸鉍粉體。優(yōu)選的，步驟(2)所述將40ml的8 lOmol/L的KOH溶液滴加到母鹽溶液中，具體為將40ml的8 lOmol/L的KOH溶液以小于5mL/min的滴定速度滴加到母鹽溶液中。優(yōu)選的，所述磁力攪拌的時(shí)間為0. 5h。優(yōu)選的，步驟(3)所述無(wú)水乙醇和水的混合物中，水乙醇和水的體積比為3 Γ4 3。優(yōu)選的，所述干燥的溫度為80°C。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果(I)本發(fā)明的溶劑熱法制備鐵酸鉍粉體的方法，制備溫度為120°C，而現(xiàn)有的制備方法相比，節(jié)省了能源。(2)本發(fā)明的溶劑熱法制備鐵酸鉍粉體的方法，溶劑熱反應(yīng)產(chǎn)物不需要經(jīng)后續(xù)燒結(jié)處理，工藝控制及合成所需儀器設(shè)備簡(jiǎn)單，進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本。(3)本發(fā)明制備的鐵酸鉍粉體結(jié)晶完好，晶相單一。(4)本發(fā)明制備的鐵酸鉍粉體尺寸在60nnT200nm之間。


圖I為本發(fā)明的實(shí)施例I所制備的鐵酸鉍粉體的X射線衍射圖譜。圖2為本發(fā)明的實(shí)施例I所制備的鐵酸鉍粉體的掃描電鏡照片。圖3為本發(fā)明的實(shí)施例I所制備的鐵酸鉍粉體的室溫的磁滯回線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例I稱量5mmol 分析純的 Fe (NO3) 3 ·9Η20 和 5mmol Bi (NO3) 3 ·5Η20,并將其溶解于 IOOml的10%的硝酸溶液中，通過磁力攪拌0. 5h，配成均勻的母鹽溶液；將40ml的lOmol/L的KOH溶液緩慢滴加到母鹽溶液中，滴定速度為4. 5mL/min,并磁力攪拌0. 5h得到沉淀物，再將沉淀物用去離子水反復(fù)清洗至中性，在80°C的烘箱內(nèi)干燥制得水熱反應(yīng)前驅(qū)物；將水熱反應(yīng)前驅(qū)物放入水熱釜中，并加入40mL水和30mL乙醇的混合物作為溶劑，以及4mol/L的KOH作為礦化劑，填充度為80%。密封反應(yīng)釜，將反應(yīng)釜置于120°C烘箱內(nèi)，反應(yīng)16h后取出反應(yīng)釜中的產(chǎn)物，經(jīng)過濾得沉淀物，再經(jīng)洗滌，在80°C的烘箱內(nèi)干燥即得到鐵酸鉍粉體。圖I為本實(shí)施例制備的鐵酸鉍粉體的X射線衍射圖譜，由圖I可知，本實(shí)施例制備的純相鐵酸鉍粉體結(jié)晶良好。圖2為本實(shí)施例制備的鐵酸鉍粉體的掃描電鏡圖，由圖2可知，本實(shí)施例制備的鐵酸秘粉體的尺寸在60nnT200nm之間。圖3為本實(shí)施例制備的室溫的磁滯回線，由圖3可知，本實(shí)施例制備的鐵酸鉍粉體具有室溫鐵磁性質(zhì)。實(shí)施例2 稱量6mmol 分析純的 Fe (NO3) 3 ·9Η20 和 6mmol Bi (NO3) 3 ·5Η20,并將其溶解于 IOOml的8%的硝酸溶液中，通過磁力攪拌O. 5h，配成均勻的母鹽溶液；將40ml的8mol/L的KOH溶液緩慢滴加到母鹽溶液中，滴定速度為2mL/min，并磁力攪拌O. 5h得到沉淀物，再將沉淀物用去離子水反復(fù)清洗至中性，在80°C的烘箱內(nèi)干燥制得水熱反應(yīng)前驅(qū)物；將水熱反應(yīng)前驅(qū)物放入水熱釜中，并加入30mL水和40mL乙醇的混合物作為溶劑，以及l(fā)Omol/L的KOH作為礦化劑，填充度為75%。密封反應(yīng)釜，將反應(yīng)釜置于130°C烘箱內(nèi)，反應(yīng)16h后取出反應(yīng)釜中的產(chǎn)物，經(jīng)過濾得沉淀物，再經(jīng)洗滌，在80°C的烘箱內(nèi)干燥即得到鐵酸鉍粉體。實(shí)施例3稱量8mmol 分析純的 Fe (NO3) 3 ·9Η20 和 8mmol Bi (NO3) 3 ·5Η20,并將其溶解于 IOOml的9%的硝酸溶液中，通過磁力攪拌O. 5h，配成均勻的母鹽溶液；將40ml的9mol/L的KOH溶液緩慢滴加到母鹽溶液中，滴定速度為4mL/min，并磁力攪拌O. 5h得到沉淀物，再將沉淀物用去離子水反復(fù)清洗至中性，在80°C的烘箱內(nèi)干燥制得水熱反應(yīng)前驅(qū)物；將水熱反應(yīng)前驅(qū)物放入水熱釜中，并加入35mL水和35mL乙醇的混合物作為溶劑，以及8mol/L的KOH作為礦化劑，填充度為70%。密封反應(yīng)釜，將反應(yīng)釜置于125°C烘箱內(nèi)，反應(yīng)16h后取出反應(yīng)釜中的產(chǎn)物，經(jīng)過濾得沉淀物，再經(jīng)洗滌，在80°C的烘箱內(nèi)干燥即得到鐵酸鉍粉體。實(shí)施例4稱量9mmol 分析純的 Fe (NO3) 3 · 9H20 和 9mmol Bi (NO3) 3 · 5H20,，并將其溶解于IOOml的10%的硝酸溶液中，通過磁力攪拌O. 5h，配成均勻的母鹽溶液；將40ml的10mol/L的KOH溶液緩慢滴加到母鹽溶液中，滴定速度為4. 5mL/min,并磁力攪拌O. 5h得到沉淀物，再將沉淀物用去離子水反復(fù)清洗至中性，在80°C的烘箱內(nèi)干燥制得水熱反應(yīng)前驅(qū)物；將水熱反應(yīng)前驅(qū)物放入水熱釜中，并加入40mL水和30mL乙醇的混合物作為溶劑，以及5mol/L的KOH作為礦化劑，填充度為80%。密封反應(yīng)釜，將反應(yīng)釜置于120°C烘箱內(nèi)，反應(yīng)28h后取出反應(yīng)釜中的產(chǎn)物，經(jīng)過濾得沉淀物，再經(jīng)洗滌，在80°C的烘箱內(nèi)干燥即得到鐵酸鉍粉體。實(shí)施例5稱量IOmmol 分析純的 Fe (NO3) 3 · 9H20 和 IOmmol Bi (NO3) 3 · 5H20,，并將其溶解于IOOml的10%的硝酸溶液中，通過磁力攪拌O. 5h，配成均勻的母鹽溶液；將40ml的10mol/L的KOH溶液緩慢滴加到母鹽溶液中，滴定速度為3mL/min，并磁力攪拌0. 5h得到沉淀物，再將沉淀物用去離子水反復(fù)清洗至中性，在80°C的烘箱內(nèi)干燥制得水熱反應(yīng)前驅(qū)物；將水熱反應(yīng)前驅(qū)物放入水熱釜中，并加入40mL水和30mL乙醇的混合物作為溶劑，以及4mol/L的KOH作為礦化劑，填充度為80%。密封反應(yīng)釜，將反應(yīng)釜置于120°C烘箱內(nèi)，反應(yīng)20h后取出反應(yīng)釜中的產(chǎn)物，經(jīng)過濾得沉淀物，再經(jīng)洗滌，在80°C的烘箱內(nèi)干燥即得到鐵酸鉍粉體。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種溶劑熱法制備鐵酸鉍粉體的方法，其特征在于，包括以下步驟 (O按摩爾比1:1稱量分析純的Fe(NO3)3 · 9H20和Bi(NO3)3 · 5H20,并將其溶解于IOOml的8 10%的硝酸溶液中，通過磁力攪拌配成均勻的母鹽溶液；所述母鹽溶液的濃度為O.05 O. lmol/L ； (2)將40ml的8 lOmol/L的KOH溶液滴加到母鹽溶液中，經(jīng)磁力攪拌后得到沉淀物，再將沉淀物用去離子水反復(fù)清洗至中性，干燥后制得水熱反應(yīng)前驅(qū)物； (3 )將步驟(2 )制備的水熱反應(yīng)前驅(qū)物放入水熱釜中，并加入無(wú)水乙醇和水的混合物作為溶劑，以及4moI/L IOmoI/L的KOH作為礦化劑，填充度為70% 80% ； (4)密封反應(yīng)釜，將反應(yīng)釜置于120°C 130°C烘箱內(nèi)，反應(yīng)16 28h后取出反應(yīng)釜中的產(chǎn)物，經(jīng)過濾得到沉淀物；沉淀物經(jīng)洗滌，干燥后得到鐵酸鉍粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溶劑熱法制備鐵酸鉍粉體的方法，其特征在于，步驟(2)所述將40ml的8 lOmol/L的KOH溶液滴加到母鹽溶液中，具體為 將40ml的8 lOmol/L的KOH溶液以小于5mL/min的滴定速度滴加到母鹽溶液中。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溶劑熱法制備鐵酸鉍粉體的方法，其特征在于，所述磁力攪拌的時(shí)間為0. 5h。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溶劑熱法制備鐵酸鉍粉體的方法，其特征在于，步驟(3)所述無(wú)水乙醇和水的混合物中，水乙醇和水的體積比為3 :4 4 :3。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溶劑熱法制備鐵酸鉍粉體的方法，其特征在于，所述干燥的溫度為80°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了溶劑熱法制備鐵酸鉍粉體的方法，包括以下步驟(1)按摩爾比1:1稱量分析純的Fe(NO3)3·9H2O和Bi(NO3)3·5H2O，并將其溶解于硝酸溶液中，經(jīng)磁力攪拌配成均勻的母鹽溶液；(2)將KOH溶液滴加到母鹽溶液中，經(jīng)磁力攪拌后得到沉淀物，沉淀物經(jīng)清洗并干燥后得水熱反應(yīng)前驅(qū)物；(3)將水熱反應(yīng)前驅(qū)物放入水熱釜中，并加入無(wú)水乙醇和水的混合物作為溶劑，KOH作為礦化劑；(4)密封反應(yīng)釜，將反應(yīng)釜置于120℃~130℃烘箱內(nèi)，反應(yīng)后取出反應(yīng)釜中的產(chǎn)物，經(jīng)過濾得到沉淀物；沉淀物經(jīng)洗滌，干燥得到鐵酸鉍粉體。本發(fā)明的制備溫度低，節(jié)省能源，且鐵酸鉍結(jié)晶完好、工藝控制及合成所需儀器設(shè)備簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)C01G49/00GK102826608SQ20121030652
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月24日
發(fā)明者陳志武, 巫永鵬, 盧振亞 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)