本發(fā)明屬于功能材料制備領域，涉及一種CoFe₂O₄/PbTiO₃0-2D型多鐵性復合材料的制備方法。

背景技術：

隨著信息技術的高速發(fā)展，要求存儲技術提供速度更快，容量更大，功耗更低，體積更小，壽命更長，可靠性更高的存儲器，而磁電效應也為下一代存儲器的制備提供了理論支持。

復合多鐵性材料具有很多明顯的優(yōu)勢，通過調控組分的比例、控制合成條件，復合多鐵性材料可以有效的控制鐵電、磁電性質以及磁電耦合效應，因此具有廣泛的前景。但基板的夾持效應較大、應力傳遞難、界面損傷嚴重及制備工藝相對復雜等因素使磁電耦合效應的優(yōu)化受到了很大的限制，也制約著鐵電-鐵磁復合多鐵材料的實際應用。

不同于通常制備磁電復合薄膜所采用的PLD等物理沉積方法，本發(fā)明采用溶膠-凝膠固相燒結法制備多鐵復合材料。在這種制備方法中，由于沒有引入基板，就不會帶來基板對鐵電相(鐵磁相)的夾持作用。期望通過消除夾持作用，能得到可觀的磁電耦合效應。

PbTiO₃單晶納米片為制備具有均勻單晶異質結的二維鐵電-鐵磁復合材料提供了可能。此外，CoFe₂O₄由于其在室溫下具有高磁致伸縮性能、磁各向異性、合適的飽和磁化強度、高矯頑力、高電阻率和極好的熱穩(wěn)定性，也在磁電耦合復合材料中被廣泛用作鐵磁性組分。

技術實現要素：

采用溶膠凝膠-固相燒結的方法實現CoFe₂O₄/PbTiO₃多鐵性復合材料的合成，此種制備方法獲得的多鐵材料無夾持效應，鐵磁相與鐵電相的復合方式為新型的0-2D型。本發(fā)明提供一種鐵酸鈷/鈦酸鉛0-2D型多鐵性復合材料的制備方法，制備方法包括以下步驟：

1)按摩爾比1:2:9稱取六水合硝酸鈷、九水合硝酸鐵、一水合檸檬酸溶解于去離子水中，攪拌混勻；

2)向步驟1)所得溶液中逐滴滴加氨水，直至溶液pH值變?yōu)?；

3)將PbTiO₃納米片加入步驟2)所得溶液，混合攪拌5min；

4)將步驟3)所得溶液加熱至90℃并繼續(xù)攪拌30～45min，溶液開始變稠至溶膠繼而變?yōu)槟z；

5)將步驟4)所得凝膠轉移至坩堝，放入馬弗爐加熱至240℃保溫4h；

6)將步驟5)所得塊狀疏松產物冷卻后用研缽磨成粉末，再次放入馬弗爐加熱至570℃保溫4h，冷卻后得到最終產物。

本發(fā)明所用的原料六水合硝酸鈷、九水合硝酸鐵一水合檸檬酸、氨水及去離子水的純度均不低于化學純。鈦酸鉛為單晶單疇結構的納米片，具有規(guī)則的矩形形貌，橫向尺寸為600～1100nm，厚度為120～180nm。

進一步地，步驟1～5的攪拌均在室溫下進行。

進一步地，所得產物中CoFe₂O₄組分為尺寸在10～200nm的顆粒。

本發(fā)明中所述的單晶單疇結構的PbTiO₃納米片的制備方法可參考專利ZL201210036177.8——鈣鈦礦鈦酸鉛單晶納米片的制備方法。

本發(fā)明的有益效果是：

采用本發(fā)明方法制備獲得的CoFe₂O₄/PbTiO₃復合材料為新型的0-2D型多鐵性材料，即零維的CoFe₂O₄顆粒與二維的PbTiO₃納米片復合，該多鐵材料無夾持效應。

附圖說明

圖1.(a)實例1、(b)實例3制備的CoFe₂O₄/PbTiO₃多鐵性復合材料的X射線衍射(XRD)圖譜；

圖2.(a)實例1、(b)實例3制備的CoFe₂O₄/PbTiO₃多鐵性復合材料的掃描電子顯微鏡(SEM)照片；

圖3.實例1制備的CoFe₂O₄/PbTiO₃多鐵性復合材料異質結界面的透射電子顯微鏡(TEM)照片；

圖4.實例1制備的CoFe₂O₄/PbTiO₃多鐵性復合材料的M-H磁滯回線。

具體實施方式

以下結合實例進一步說明本發(fā)明。

實施例1

合成CoFe₂O₄/PbTiO₃摩爾比為1/8的復合材料。

按以下工藝步驟進行。

1)分別稱取六水合硝酸鈷、九水合硝酸鐵、一水合檸檬酸溶解于去離子水中，其摩爾濃度分別為0.0313mol/L、0.0626mol/L、0.2819mol/L,攪拌10min，其中摩爾濃度的體積基數是漿料總體積；

2)向步驟1)所得溶液中逐滴滴加氨水，直至溶液pH值變?yōu)?；

3)將PbTiO₃納米片加入步驟2)所得溶液，其中，PbTiO₃的加入量為六水合硝酸鈷物質的量的8倍，混合攪拌5min；

4)將步驟3)所得溶液加熱至90℃并繼續(xù)攪拌30min，溶液開始變稠至溶膠繼而變?yōu)槟z；

5)將步驟4)所得凝膠轉移至坩堝，放入馬弗爐加熱至240℃保溫4h；

6)將步驟5)所得塊狀疏松產物冷卻后用研缽磨成粉末，再次放入馬弗爐加熱至570℃保溫4h，冷卻后得到最終產物。所合成復合材料的X射線衍射(XRD)圖譜示于圖1(a)；其掃描電子顯微鏡(SEM)照片示于圖2(a)；其復合界面的透射電子顯微鏡(TEM)照片示于圖3；其M-H磁滯回線示于圖4。可以看出：CoFe₂O₄顆粒大小在10～20nm,其均勻生長在PbTiO₃的(001)極化面上。其截面形狀為三角形，具有一定刻面，此外從M-H磁滯回線可以看出，CoFe₂O₄/PbTiO₃復合材料仍具有鐵磁性。

實施例2

合成CoFe₂O₄/PbTiO₃摩爾比為1/4的復合材料。

具體的工藝步驟與實例1相同，區(qū)別在于：步驟1)中六水合硝酸鈷、九水九水合硝酸鐵、一水合檸檬酸的摩爾濃度分別為0.0626mol/L、0.1252mol/L、0.5638mol/L,；步驟3)中PbTiO₃的加入量為六水合硝酸鈷物質的量的4倍。

實施例3

合成CoFe₂O₄/PbTiO₃摩爾比為2/4的復合材料。

具體的工藝步驟與實例1相同，區(qū)別在于：步驟1)中六水合硝酸鈷、九水九水合硝酸鐵、一水合檸檬酸的摩爾濃度分別為0.1252mol/L、0.2504mol/L、1.1276mol/L,；步驟3)中PbTiO₃的加入量為六水合硝酸鈷物質的量的2倍；步驟4)中攪拌45min。所合成復合材料的X射線衍射(XRD)圖譜示于圖1(b)；其掃描電子顯微鏡(SEM)照片示于圖2(b)。

實施例4

合成CoFe₂O₄/PbTiO₃摩爾比為3/4的復合材料。

具體的工藝步驟與實例1相同，區(qū)別在于：步驟1)中六水合硝酸鈷、九水九水合硝酸鐵、一水合檸檬酸的摩爾濃度分別為0.1878mol/L、0.3756mol/L、1.6914mol/L,；步驟3)中PbTiO₃的加入量為六水合硝酸鈷物質的量的4/3倍；步驟4)中攪拌45min。