的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料生長(zhǎng)領(lǐng)域，涉及多鐵材料的制備及光學(xué)性質(zhì)研宄，并主要研宄水熱法制備過渡元素Co摻雜的BiFeO3顆粒。
【背景技術(shù)】
[0002]由于BiFeO3的特殊物理性能，科研工作者們對(duì)BiFeO 3的研宄越來越廣泛，近年來主要對(duì)其磁性，光學(xué)性能，介電性能等方面進(jìn)行了廣泛的研宄。
[0003]制備BiFeO3的方法有很多，如固相燒結(jié)法，溶膠-凝膠法，水熱法等，其中水熱法是這么多方法中所需的合成溫度最低的一種方法，也是制備形貌比較均勻、成分容易控制的一種方法，且制備工藝比較簡(jiǎn)單；據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道最多的是利用溶膠-凝膠法和固相燒結(jié)法制備稀土元素?fù)诫s的BiFe03m米顆粒。如:2011年Kaushik Chakrabarti等人利用溶膠-凝膠法成功地合成了 Eu摻雜的BiFeO3納米顆粒，并研宄了 Eu元素的摻雜對(duì)BiFeO 3磁性的影響，參閱 Journal of Applied Physics.第 110 期第 10395 (1-9)頁(yè)。2008 年 KanwarSingh Nalwa等人利用固相燒結(jié)法在850°C的燒結(jié)溫度下制備了 Sm摻雜的BiFeO3，并研宄了 Sm的摻雜對(duì)其磁性和電性能的影響，參閱Journal of Applied Physics.第103期第044101 (1-6)頁(yè)。但利用水熱法研宄BiFeO3摻雜改性的文章很少，常見的文獻(xiàn)報(bào)道是利用水熱法制備La摻雜的BiFeO3微晶，是較大的突破，但至今，沒有人利用水熱法合成Co摻雜的BiFeO3微晶。
[0004]用水熱法制備Cr摻雜的BiFeO3顆粒:如2010年Yi Du, Zhen Xiang Cheng等利用水熱法制備出Cr摻雜的BiFeO3樣品，參閱Thin Solid Films.第518期第e5 - e8頁(yè)。
[0005]用水熱法制備Mn摻雜的BiFe03m米顆粒:如2011年S.Basu, SK.M.Hossain等利用水熱法在220°C的溫度下制備出Mn摻雜的BiFe03m米顆粒，參閱Current AppliedPhysics.第 11 期第 976-980 頁(yè)。
[0006]用水熱法制備La摻雜的BiFeOJ^1:如2012年Zhiwu Chen等用水熱法制備出La 摻雜的 BiFeOj^aB，參閱 J Mater Sc1: Mater Electron.第 23 期第 1402 - 1408 頁(yè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是在提高密封性的前提下，通過簡(jiǎn)單的水熱法在200°C的溫度下成功制備出過渡金屬元素Co摻雜的BiFeO3顆粒，并研宄了 Co摻雜BiFeO 3樣品的光學(xué)性能。
[0008]本發(fā)明是通過以下工藝過程實(shí)現(xiàn)的:所用鉍源為Bi (NO3) 3.5H20 (99%)，(0.05mol)，鐵源為 Fe (NO3)3.9H20 (98.5%)，(0.05mol)，鈷源為 Co (NO3) 2.6H20 (99.9%)，(0.05mol);將稱量好的藥品溶解在15 ml濃度為10wt%的稀硝酸中，磁力攪拌20 min至溶液變成透明狀；在上述透明液中逐滴滴入28wt%的氨水引起共沉淀反應(yīng)，沉淀Fe3+，Bi3+和Co2+離子，當(dāng)pH值為10 ~ 11時(shí)，將沉淀離心，用去離子水反復(fù)清洗，洗至中性；然后稱量一定的KOH溶解在15 ml的去離子水中，磁力攪拌10 min,將所得的KOH溶液倒入上述沉淀，在磁力攪拌器上連續(xù)攪拌I h;最后，將制備好的前驅(qū)液放入容積為50 ml的聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜放入設(shè)定溫度為200°C的恒溫烘箱中水熱反應(yīng)24 h，水熱反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，所得的樣品用去離子水和無水乙醇反復(fù)清洗直到去除所有可溶性鹽，放入設(shè)定溫度為60°C的真空干燥箱中干燥獲得樣品。
[0009]本發(fā)明所制得的樣品為單相BiCoxFehO3(x=0，0.02和0.04)顆粒，不同摻雜濃度下樣品的XRD圖如圖1所示，不同摻雜濃度所制得樣品的SM圖如圖2所示，不同摻雜濃度所制得樣品的EDX圖如圖3所示，不同摻雜濃度所得樣品的紫外-可見光吸收?qǐng)D及對(duì)應(yīng)的Tauc圖如圖4所示。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)在于:采用水熱法制備出單相的BiCoxFehO3 (x=0，0.02和0.04)顆粒，制備工藝簡(jiǎn)單，得到小的禁帶寬度(小于2 eV)。本實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物均勻性好，對(duì)環(huán)境污染小，可控性好，易于推廣，因而具有重要的研宄價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0010]圖1 (a) KOH為6M，200°C溫度下?lián)诫s濃度分別為0% Co，2% Co，4% Co，反應(yīng)24 h合成樣品的XRD圖；圖1 (b)為對(duì)應(yīng)樣品中(012)、(104)、(110)衍射峰的XRD放大圖。
[0011 ] 圖2 KOH為6M，200°C溫度下?lián)诫s濃度分別為0% Co，2% Co，4% Co，反應(yīng)24 h合成樣品的SEM圖，其中(I) (3) (5)為低倍數(shù)下不同摻雜濃度樣品的SEM圖，(2) (4) (6)是對(duì)應(yīng)樣品的SEM放大圖。
[0012]圖3 KOH為6M，200°C溫度下?lián)诫s濃度分別為0% Co，2% Co，4% Co，反應(yīng)24 h合成樣品的EDX圖，EDX分析可知，樣品的實(shí)際摻雜濃度分別為0at%，0.75at%和1.83at%。
[0013]圖4 (a) KOH為6M，200°C溫度下?lián)诫s濃度分別為0% Co，2% Co，4% Co，反應(yīng)24 h合成樣品的Uv-vis圖；圖4 (b)為對(duì)應(yīng)樣品的Tauc圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]實(shí)施例1
稱取 2.44985g (0.05mol)Bi(N03)3.5H20 (99%)，稱取 2.05076g (0.05mol)Fe (NO3) 3.9Η20。將稱量好的藥品溶解在15 ml濃度為10wt%的稀硝酸中，磁力攪拌20 min至溶液變成透明狀；在上述透明液中逐滴滴入28wt%的氨水引起共沉淀反應(yīng)，沉淀Fe3+，Bi3+和Co2+離子，當(dāng)pH值為10 ~ 11時(shí)，將沉淀離心，用去離子水反復(fù)清洗，洗至中性；然后稱量一定的KOH溶解在15 ml的去離子水中，磁力攪拌10 min,將所得的KOH溶液倒入上述沉淀，在磁力攪拌器上連續(xù)攪拌I h;最后，將制備好的前驅(qū)液放入容積為50 ml的聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜放入設(shè)定溫度為200°C的恒溫烘箱中水熱反應(yīng)24 h，水熱反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，所得的樣品用去離子水和無水乙醇反復(fù)清洗直到去除所有可溶性鹽，放入設(shè)定溫度為60°C的真空干燥箱中干燥后獲得純(實(shí)際摻雜濃度0at%)的BiFeO3樣品。XRD如圖1 (a)和I (b)中樣品(I)所示，SEM如圖2中(I)和(2)所示，EDX如圖3中樣品(I)所示，紫外-可見光吸收譜如圖4 (a)中(I)所示，對(duì)應(yīng)的Tauc圖如圖4 (b)中(I)所示。
[0015]實(shí)施例2
稱取 2.44985g Bi(NO3)3.5H20 (99%)，稱取 2.00975g Fe (NO3) 3.9H20，0.02911gCo (NO3)2.6Η20 (99.9%)。將稱量好的藥品溶解在15 ml濃度為10wt%的稀硝酸中，磁力攪拌20 min至溶液變成透明狀；在上述透明液中逐滴滴入28wt%的氨水引起共沉淀反應(yīng)，沉淀Fe3+，Bi3+和Co2+離子，當(dāng)pH值為10 ~ 11時(shí)，將沉淀離心，用去離子水反復(fù)清洗，洗至中性；然后稱量一定的KOH溶解在15 ml的去離子水中，磁力攪拌10 min，將所得的KOH溶液倒入上述沉淀，在磁力攪拌器上連續(xù)攪拌I h ;最后，將制備好的前驅(qū)液放入容積為50ml的聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜放入設(shè)定溫度為200°C的恒溫烘箱中水熱反應(yīng)24h，水熱反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，所得的樣品用去離子水和無水乙醇反復(fù)清洗直到去除所有可溶性鹽，放入設(shè)定溫度為60°C的真空干燥箱中干燥后獲得預(yù)摻雜濃度為2% Co (EDX計(jì)算實(shí)際摻雜濃度為0.75at%)的BiFeO3樣品。XRD如圖1 (a)和I (b)中樣品(2)所示，SEM如圖2中(3)和(4)所示，EDX如圖3中樣品(2)所示，紫外-可見光吸收譜如圖4 (a)中(2)所示，對(duì)應(yīng)的Tauc圖如圖4 (b)中(2)所示。
[0016]實(shí)施例3
稱取 2.44985g Bi(NO3)3.5H20 (99%)，稱取 1.96873g Fe (NO3) 3.9H20，0.05821gCo (NO3)2.6Η20 (99.9%)。將稱量好的藥品溶解在15 ml濃度為10wt%的稀硝酸中，磁力攪拌20 min至溶液變成透明狀；在上述透明液中逐滴滴入28wt%的氨水引起共沉淀反應(yīng)，沉淀Fe3+，Bi3+和Co2+離子，當(dāng)pH值為10 ~ 11時(shí)，將沉淀離心，用去離子水反復(fù)清洗，洗至中性；然后稱量一定的KOH溶解在15 ml的去離子水中，磁力攪拌10 min，將所得的KOH溶液倒入上述沉淀，在磁力攪拌器上連續(xù)攪拌I h ;最后，將制備好的前驅(qū)液放入容積為50ml的聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜放入設(shè)定溫度為200°C的恒溫烘箱中水熱反應(yīng)24h，水熱反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，所得的樣品用去離子水和無水乙醇反復(fù)清洗直到去除所有可溶性鹽，放入設(shè)定溫度為60°C的真空干燥箱中干燥后獲得預(yù)摻雜濃度為4% Co (EDX計(jì)算實(shí)際摻雜濃度為1.83at%)的BiFeO3樣品。XRD如圖1 (a)和I (b)中樣品(3)所示，SEM如圖2中(5)和(6)所示，EDX如圖3中樣品(3)所示，紫外-可見光吸收譜如圖4 (a)中(3)所示，對(duì)應(yīng)的Tauc圖如圖4 (b)中(3)所示。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種簡(jiǎn)單的水熱法制備Co摻雜的BiFeO 3，其特征在于控制好摻雜濃度后，并且通過以下工藝過程實(shí)現(xiàn):所用鉍源為Bi (NO3) 3.5H20 (99%)，(0.05mol)，鐵源為Fe (NO3) 3.9H20(98.5%)，(0.05mol)，鈷源為 Co (NO3)2.6H20 (99.9%)，(0.05mol);將稱量好的藥品溶解在15 ml濃度為10wt%的稀硝酸中，磁力攪拌20 min至溶液變成透明狀；在上述透明液中逐滴滴入濃度為28wt%的氨水引起共沉淀反應(yīng)，沉淀Fe3+，Bi3+和Co 2+離子，當(dāng)pH值為10 ~11時(shí)，將沉淀離心，用去離子水反復(fù)清洗，洗至中性；然后稱量一定的KOH溶解在15 ml的去離子水中，磁力攪拌10 min,將所得的KOH溶液倒入上述沉淀，在磁力攪拌器上連續(xù)攪拌I h;最后，將制備好的前驅(qū)液放入容積為50 ml的聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜放入設(shè)定溫度為200°C的恒溫烘箱中水熱反應(yīng)24 h，水熱反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，所得的樣品用去離子水和無水乙醇反復(fù)清洗直到去除所有可溶性鹽，放入設(shè)定溫度為60°C的真空干燥箱中干燥后得到實(shí)際摻雜濃度分別為0at%，0.75&丨％和1.83at%的樣品，使用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、能量分散X射線能譜(EDX)以及紫外-可見光吸收譜(Uv-vis)對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)、形貌、樣品成分及光學(xué)性能進(jìn)行了表征。
2.如權(quán)利要求1所述，其特征在于，Co的實(shí)際摻雜濃度分別為0at%，0.75at%和1.83at%0
3.如權(quán)利要求1所述，其特征在于，工藝參數(shù)確定為KOH濃度為6M時(shí)，溫度為200°C下反應(yīng)24 h合成過渡元素Co摻雜的BiFeO3顆粒。
4.如權(quán)利要求1所述，其特征在于，是用傳統(tǒng)的水熱法制備出Co摻雜的BiFeO3顆粒，并研宄其光學(xué)性能。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備Co摻雜BiFeO3的方法，屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域。通過水熱法制備Co摻雜的BiFeO3粉體，以分析純級(jí)的Bi(NO3)3 ·5H2O，F(xiàn)e(NO3)3·9H2O，Co(NO3)2·6H2O作為反應(yīng)源，將稱量好的藥品溶解在15 ml的稀硝酸，磁力攪拌20 min，在透明溶液中逐滴滴入28wt%的氨水引起共沉淀，當(dāng)pH值為10 ~ 11時(shí)清洗；然后，稱量一定的KOH溶解在15 ml的去離子水中，攪拌10 min，將所得的KOH溶液倒入上述沉淀，連續(xù)攪拌1 h；最后，將制備好的前驅(qū)液移至反應(yīng)釜中，在200℃下反應(yīng)24 h，反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，所得樣品用去離子水和無水乙醇反復(fù)清洗后將樣品放入60℃的真空干燥箱中干燥，得到所需樣品進(jìn)行表征。本發(fā)明的特點(diǎn)是：方法簡(jiǎn)單，成本低，產(chǎn)率高，對(duì)環(huán)境危害小，易于推廣。
【IPC分類】C01G49-00
【公開號(hào)】CN104876279
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510250288
【發(fā)明人】李錦 , 關(guān)曉英, 喬忠旺
【申請(qǐng)人】新疆大學(xué)
【公開日】2015年9月2日
【申請(qǐng)日】2015年5月18日