專利名稱：一種鉀摻雜鐵酸鉍材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉀摻雜鐵酸鉍材料及其制備方法，屬于無機(jī)非金屬材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鐵酸鉍是一種具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的多功能材料，它是目前發(fā)現(xiàn)的唯一一種室溫單相多鐵材料，其鐵電及鐵磁相變溫度分布在1103K和643K ;除此之外，鐵酸鉍還具有可見光催化、氣敏、光電伏等特性，可以廣泛地應(yīng)用于信息存儲、信息傳輸、傳感器等領(lǐng)域，因此鐵酸鉍是一種極具應(yīng)用潛力的材料，于此同時，也要求對鐵酸鉍的功能性進(jìn)行可控性整合和優(yōu)化。利用化學(xué)元素對 鐵酸鉍進(jìn)行性能優(yōu)化是目前被廣泛采用的策略，如利用稀土元素，包括鑭系元素對鉍元素進(jìn)行替代；利用鉻、錳、鈷、鈦等過渡金屬元素對鐵元素進(jìn)行替代，以往的摻雜一般遵循化合價相同、原子尺寸相當(dāng)?shù)脑瓌t，對晶格結(jié)構(gòu)改變不大，因此對鐵酸鉍的性質(zhì)改良效果不顯著。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的是為拓展和調(diào)控鐵酸鉍性能，提供一種鉀摻雜鐵酸鉍材料及其制備方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)手段是:一種鉀摻雜鐵酸鉍材料，其化學(xué)式為:KxBihFecVp0.40 彡 x 彡 0.520.48 彡 y 彡 0.95。鉀摻雜鐵酸鉍材料的制備方法，包括以下步驟:一、按摩爾量1:1取硝酸鉍和硝酸鐵，一起溶于稀硝酸溶液中，形成含有硝酸鉍和硝酸鐵的水溶液；二、攪拌狀態(tài)下，向步驟一制得的含有硝酸鉍、硝酸鐵的水溶液中逐滴加入氫氧化鉀水溶液，直至鉍離子和鐵離子完全沉淀，將得到的沉淀過濾、洗滌，得到鉍、鐵的羥基氧化物沉淀；三、將步驟二中得到的鉍鐵的羥基氧化物沉淀及過量的氫氧化鉀加入到反應(yīng)釜內(nèi)膽中，加入硝酸鉀作為礦化劑，加入表面活性劑進(jìn)行輔助合成，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)80%，攪拌至呈現(xiàn)紅褐色溶液；四、將步驟三配置的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密封，在200°C下保溫24小時進(jìn)行水熱處理，然后讓反應(yīng)釜自然冷卻到室溫后，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，得到鐵酸鉍鉀摻雜材料。進(jìn)一步的，所述制備過程中用到的反應(yīng)釜為聚四氟乙烯內(nèi)膽，不銹鋼套件密閉的
反應(yīng)爸。進(jìn)一步的，所述制備過程中用到的硝酸鉍、硝酸鐵、氫氧化鉀、硝酸鉀和無水乙醇的純度均不低于化學(xué)純。
進(jìn)一步的，所述步驟三種的表面活性劑為1.8g CTAB或2g PEG20000。本發(fā)明的有益結(jié)果在于:通過鉀摻雜，使鐵酸鉍性能得到拓展和調(diào)控；同時，所使用的水熱法設(shè)備簡單，工藝條件容易控制，無污染，成本低，易于工業(yè)化生產(chǎn)；摻鉀鐵酸鉍材料結(jié)晶質(zhì)量穩(wěn)定，在信息存儲、信息輸運(yùn)、傳感器等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行說明。圖1為本發(fā)明利用CTAB進(jìn)行輔助合成的摻鉀鐵酸鉍的熒光特性圖；圖2為本發(fā)明利用PEG20000進(jìn)行輔助合成的摻鐘鐵酸鉍的電學(xué)特性曲線圖。
具體實施例方式如圖1、2所示的一種鉀摻雜鐵酸鉍材料，其化學(xué)式為:KxBihFecVp0.40 ≤ x ≤ 0.520.48 ≤ y ≤ 0.95。鉀摻雜鐵酸鉍材料的制備方法，包括以下步驟:一、按摩爾量1:1取硝酸鉍和硝酸鐵，一起溶于稀硝酸溶液中，形成含有硝酸鉍和硝酸鐵的水溶液；二、攪拌狀態(tài)下，向步驟一制得的含有硝酸鉍、硝酸鐵的水溶液中逐滴加入氫氧化鉀水溶液，直至鉍離子和鐵離子完全沉淀，將得到的沉淀過濾、洗滌，得到鉍、鐵的羥基氧化物沉淀；三、將步驟二中得到的鉍鐵的羥基氧化物沉淀及過量的氫氧化鉀加入到反應(yīng)釜內(nèi)膽中，加入硝酸鉀作為礦化劑 ，加入表面活性劑進(jìn)行輔助合成，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)80%，攪拌至呈現(xiàn)紅褐色溶液；四、將步驟三配置的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密封，在200°C下保溫24小時進(jìn)行水熱處理，然后讓反應(yīng)釜自然冷卻到室溫后，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，得到鐵酸鉍鉀摻雜材料。進(jìn)一步的，所述制備過程中用到的反應(yīng)釜為聚四氟乙烯內(nèi)膽，不銹鋼套件密閉的
反應(yīng)爸。進(jìn)一步的，所述制備過程中用到的硝酸鉍、硝酸鐵、氫氧化鉀、硝酸鉀和無水乙醇的純度均不低于化學(xué)純。進(jìn)一步的，所述步驟三種的表面活性劑為1.8g CTAB或2g PEG20000。實施例1一、按摩爾量1:1取硝酸鉍和硝酸鐵，一起溶于稀硝酸溶液中，形成含有硝酸鉍和硝酸鐵的水溶液。二、攪拌狀態(tài)下，向步驟一制得的含有硝酸鉍、硝酸鐵的水溶液中逐滴加入氫氧化鉀水溶液，直至鉍離子和鐵離子全部沉淀，將得到的沉淀過濾、洗滌，得到鉍、鐵的羥基氧化物沉淀；三、將得到的鉍鐵的羥基氧化物沉淀及過量的氫氧化鉀加入到反應(yīng)釜內(nèi)膽中，力口入硝酸鉀作為礦化劑，加入表面活性劑CTABl.Sg進(jìn)行輔助合成，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)80%，攪拌至呈現(xiàn)紅褐色溶液；
四、將步驟3)配置的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密封，在200°C下保溫24小時進(jìn)行水熱處理，然后讓反應(yīng)釜自然冷卻到室溫后，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，得到鐵酸鉍鉀摻雜材料。摻雜過后的鐵酸鉍的熒光曲線見圖1，如圖1所示，K摻雜的鐵酸鉍具有紅光到近紅外的突光特性，突光中心在76Inm處,相對于鐵酸秘在藍(lán)色波段的突光,發(fā)生了明顯的紅移，其發(fā)光譜位于近紅外波段，在生物標(biāo)記和光學(xué)信息存儲等領(lǐng)域都有潛在的應(yīng)用價值。實施例2一、按摩爾量1:1取硝酸鉍和硝酸鐵，一起溶于稀硝酸溶液中，形成含有硝酸鉍和硝酸鐵的水溶液。二、攪拌狀態(tài)下，向步驟I)制得的含有硝酸鉍、硝酸鐵的水溶液中逐滴加入氫氧化鉀水溶液，直至鉍離子和鐵離子全部沉淀，將得到的沉淀過濾、洗滌，得到鉍、鐵的羥基氧化物沉淀；三、將得到的鉍鐵的羥基氧化物沉淀及過量的氫氧化鉀加入到反應(yīng)釜內(nèi)膽中，力口入硝酸鉀作為礦化劑，加入表面活性劑PEG20000進(jìn)行輔助合成，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)80%，攪拌至呈現(xiàn)紅褐色溶液；四、將步驟3)配置的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密封，在200°C下保溫24小時進(jìn)行水熱處理，然后讓反應(yīng)釜自然冷卻到室溫后，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，得到鐵酸鉍鉀摻雜材料。摻雜過后的鐵酸鉍的電學(xué) 曲線見圖2，從圖2中可以看出，由表面活性劑PEG20000輔助得到的摻鐘鐵酸鉍材料具備了絕緣體鐵酸鉍所不具備的半導(dǎo)體特性，且能夠?qū)崿F(xiàn)電壓誘導(dǎo)的半導(dǎo)體狀態(tài)至絕緣態(tài)的轉(zhuǎn)變，可以在納米尺寸實現(xiàn)高壓態(tài)和低壓態(tài)的轉(zhuǎn)變，這種性質(zhì)使其在信息存儲領(lǐng)域有優(yōu)越的應(yīng)用價值。本發(fā)明的實施例所表述的，并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鉀摻雜鐵酸鉍材料，其特征在于，化學(xué)式為:KxBihFeO3^0.40 彡 x 彡 0.520.48 彡 y 彡 0.95。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉀摻雜鐵酸鉍材料，其制備方法特征在于，包括以下步驟: 一、按摩爾量1:1取硝酸鉍和硝酸鐵，一起溶于稀硝酸溶液中，形成含有硝酸鉍和硝酸鐵的水溶液； 二、攪拌狀態(tài)下，向步驟一制得的含有硝酸鉍、硝酸鐵的水溶液中逐滴加入氫氧化鉀水溶液，直至鉍離子和鐵離子完全沉淀，將得到的沉淀過濾、洗滌，得到鉍、鐵的羥基氧化物沉淀； 三、將步驟二中得到的鉍鐵的羥基氧化物沉淀及過量的氫氧化鉀加入到反應(yīng)釜內(nèi)膽中，加入硝酸鉀作為礦化劑，加入表面活性劑進(jìn)行輔助合成，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)80%，攪拌至呈現(xiàn)紅褐色溶液； 四、將步驟三配置的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密封，在200°C下保溫24小時進(jìn)行水熱處理，然后讓反應(yīng)釜自然冷卻到室溫后，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，得到鐵酸鉍鉀摻雜材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉀摻雜鐵酸鉍材料的制備方法，其特征在于:所述制備過程中用到的反應(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2所述的鉀摻雜鐵酸鉍材料的制備方法，其特征在于:所述制備過程中用到的硝酸鉍、硝酸鐵、氫氧化鐘、硝酸鉀和無水乙醇的純度均不低于化學(xué)純。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉀摻雜鐵酸鉍材料的制備方法，其特征在于:所述步驟三種的表面活性劑為1.8g CTA B或2g PEG20000。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鉀摻雜鐵酸鉍材料，其化學(xué)式為KxBi1-xFeO3-y，0.40≤x≤0.520.48≤y≤0.95；并公開了該種鉀摻雜鐵酸鉍材料的制備方法。本發(fā)明通過鉀摻雜，使鐵酸鉍性能得到拓展和調(diào)控；同時，所使用的水熱法設(shè)備簡單，工藝條件容易控制，無污染，成本低，易于工業(yè)化生產(chǎn)；摻鉀鐵酸鉍材料結(jié)晶質(zhì)量穩(wěn)定，在信息存儲、信息輸運(yùn)、傳感器等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號C01G49/00GK103145191SQ20131009012
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月14日
發(fā)明者劉永萍, 辛言君 申請人:青島農(nóng)業(yè)大學(xué)