專利名稱：一種原位制備鐵電鐵磁復(fù)合材料粉體的軟化學(xué)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鐵電鐵磁功能材料的制備，特別是涉及軟化學(xué)方法制備具有磁電效應(yīng)鐵氧體/鐵電體復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
鐵電鐵磁復(fù)合材料是一種具有鐵電轉(zhuǎn)換功能的新材料，它由兩種單相材料--鐵電相和鐵磁相經(jīng)一定方法復(fù)合而成。鐵電鐵磁復(fù)合材料的磁電轉(zhuǎn)換功能是通過鐵電相和鐵磁相的乘積效應(yīng)實現(xiàn)的，這種乘積效應(yīng)即磁電效應(yīng)。由于鐵電-鐵磁復(fù)合材料的獨特性能，其在微波領(lǐng)域、高壓輸電線路的電流測量、寬波段磁探測、磁場感應(yīng)器等領(lǐng)域有著廣泛而重要的用途，尤其是微波器件、高壓電輸送系統(tǒng)中電磁泄露的精確測量方面有許多突出的優(yōu)點。鐵電-鐵磁復(fù)合材料的研究引起了各國材料科學(xué)工作者的重視。
傳統(tǒng)的鐵電鐵磁塊體復(fù)合材料都是采用固相法制備出來的鐵氧體如鎳鐵氧體(NiFe2O4)、鈷鐵氧體(CoFe2O4)及其復(fù)合鐵氧體材料和鐵電體如鋯鈦酸鉛(PZT)、鈦酸鋇(BaTiO3)粉體經(jīng)高能球磨混合然后燒結(jié)而成，這樣鐵電鐵磁兩相只能在宏觀尺度上混合，從而影響了耦合性能的發(fā)揮。Y.H.Tang等在Materials Science andEngineering B 116(2005)150-155中報道利用固相法制備出(1-x)CoFe2O4-xBa0.55Sr0.25Ca0.2Nb2O6復(fù)合材料，圖3-9為該復(fù)合材料的SEM形貌，從圖中可以看出，兩相顆粒都比較大，鐵電相粒度分布不均，鐵磁相隨機分布在鐵電相中間，只能在宏觀上達到混合。Xiwei Qi等在Journalof Magnetism and MagneticMaterial 269(2004)352-358中報道用固相法制備了Ni0.2Cu0.2Zn0.6Fe1.96O4-BaTiO3復(fù)合體系，圖10為該體系的SEM形貌，從圖上可以看出得到的復(fù)合體系形貌和Y.H Tang報道類似，也只能達到宏觀的混合。
現(xiàn)有的化學(xué)方法制備鐵電材料如鈦酸鋇(BaTiO3)、鋯鈦酸鉛(PZT)都是采用溶膠凝膠方法，以乙二醇獨甲醚為溶劑，由于乙二醇獨甲醚價格比較高而且有毒性，所以也制約了溶膠-凝膠方法在工業(yè)上制備鐵電材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的主要解決原有鐵電鐵磁復(fù)合材料固相燒結(jié)法宏觀混合對耦合影響的問題，提供一種原位制備鐵電鐵磁復(fù)合材料粉體的軟化學(xué)方法。該方法不僅能夠保證鐵電相和鐵磁相在微觀尺度上耦合，從而提高耦合性能，而且制備方法簡單易行，所用原料都比較常見且廉價。
實現(xiàn)本發(fā)明所述復(fù)合材料粉體制備方法如下1、前驅(qū)體制備按設(shè)計要求將鐵氧體金屬硝酸鹽和鐵電體金屬硝酸鹽加入到檸檬酸水溶液中，60～80℃水浴加熱攪拌1～2以后加入鐵電體的金屬醇鹽，繼續(xù)攪拌均勻后，加入氨水調(diào)節(jié)PH值在6.5～7.5，再攪拌6～8小時得到均勻穩(wěn)定的溶膠。其中檸檬酸的摩爾量是所有硝酸鹽硝酸根的摩爾量總和，當硝酸根摩爾量小于5倍金屬醇鹽摩爾量時，所加檸檬酸的摩爾量為金屬醇鹽摩爾量的5倍。
2、粉體制備把所制得的前驅(qū)體在130～170℃干燥箱中干燥，待水分完全揮發(fā)以后再在230～270℃干燥箱中烘烤，直至燃燒，待燃燒完以后的粉末在700～900℃馬弗爐中熱處理1～2小時得到需要的粉體。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于本發(fā)明采用了軟化學(xué)方法，通過加入檸檬酸水溶液，使制備的鐵電鐵磁復(fù)合材料粉體具有化學(xué)均勻性好，純度高，粉末顆粒細等特點，鐵電鐵磁兩相能在分子級別甚至原子級別的微觀尺度上達到混合，從而保證了耦合性能。固相燒結(jié)法通常是把所需組元的氧化物或者碳酸鹽經(jīng)過球磨混合以后進行燒結(jié)，這就限制了材料制備過程中微量元素摻雜，摻雜量太小，摻雜元素在體系中不能均勻分布，從而影響了摻雜效果，而軟化學(xué)方法在材料摻雜改性方面有著固相法不可比擬的優(yōu)點，可以實現(xiàn)任何化學(xué)劑量的摻雜。本方法具有工藝簡單易行，所用原料都比較常見且廉價的特點。


圖1表示0.5Ni0.5Co0.028Zn0.472Fe2O4-0.5Ba(Zr0.05Ti0.95)O3復(fù)合粉體900℃熱處理120min XRD示意圖。
圖2表示0.5Ni0.5Co0.028Zn0.472Fe2O4-0.5Ba(Zr0.05Ti0.95)O3復(fù)合粉體900℃熱處理120min SEM示意圖。
圖3-圖9分別表示Y.H.Tang研究(1-x)CoFe2O4-xBa0.55Sr0.25Ca0.2Nb2O6(x＝0.2，x＝0.4，x＝0.5，x＝0.6，x＝0.7，x＝0.8，x＝0.9)復(fù)合材料的SEM形貌。
圖10表示Xiwei Qi研究Ni0.2Cu0.2Zn0.6Fe1.96O4-BaTiO3復(fù)合體系具體實施方式
實施例10.5Ni0.5Co0.028Zn0.472Fe2O4-0.5Ba(Zr0.05Ti0.95)O3粉體制備將0.0125mol硝酸鎳、0.0007mol硝酸鈷、0.0118mol硝酸鋅、0.025mol硝酸鋇、0.00125mol硝酸鋯加入到150g去離子水中，再加入0.255mol檸檬酸，在70℃水浴加熱攪拌2小時，再慢慢加入0.02375mol的正鈦酸四丁酯，待攪拌成均勻溶液以后，加入氨水調(diào)節(jié)PH＝6.5，繼續(xù)攪拌8小時形成穩(wěn)定均一的溶膠。把所制備的溶膠在150℃干燥箱中干燥，待水分完全揮發(fā)以后再在250℃干燥箱中烘烤，直至燃燒，待燃燒完以后的粉末在900℃馬弗爐中燒結(jié)1.5小時得到需要的粉體。
因為硝酸根摩爾量總和大于金屬醇鹽摩爾量的5倍，所以檸檬酸的摩爾量為硝酸根摩爾量總和。
實施例20.2Ni0.5Co0.028Zn0.472Fe2O4-0.8Ba(Zr0.05Ti0.95)O3粉體制備將0.19mol檸檬酸加入到150g去離子水中，再加入0.005mol硝酸鎳、0.00028mol硝酸鈷、0.00472mol硝酸鋅、0.04mol硝酸鋇、0.002mol硝酸鋯，在75℃水浴加熱攪拌2小時，再慢慢加入0.038mol的正鈦酸四丁酯，待攪拌成均勻溶液以后，加入氨水調(diào)節(jié)PH＝7，繼續(xù)攪拌7小時形成穩(wěn)定均一的溶膠。把所制備的溶膠在140℃干燥箱中干燥，待水分完全揮發(fā)以后再在260℃干燥箱中烘烤，直至燃燒，待燃燒完以后的粉末在850℃馬弗爐中燒結(jié)2小時得到需要的粉體。
因為硝酸根摩爾量總和小于金屬醇鹽摩爾量的5倍，所以檸檬酸的摩爾量為金屬醇鹽摩爾量的5倍。
實施例30.5Ni0.2Cu0.2Zn0.6Fe2O4-0.5Ba(Zr0.05Ti0.95)O3粉體制備將0.005mol硝酸鎳、0.005mol硝酸銅、0.015mol硝酸鋅、0.025mol硝酸鋇、0.00125mol硝酸鋯加入到150g去離子水中，再加入0.255mol檸檬酸，在80℃水浴加熱攪拌2小時，再慢慢加入0.02375mol的正鈦酸四丁酯，待攪拌成均勻溶液以后，加入氨水調(diào)節(jié)PH＝6.5，繼續(xù)攪拌8小時形成穩(wěn)定均一的溶膠。把所制備的溶膠在130℃干燥箱中干燥，待水分完全揮發(fā)以后再在250℃干燥箱中烘烤，直至燃燒，待燃燒完以后的粉末在900℃馬弗爐中燒結(jié)2小時得到需要的粉體。
因為硝酸根摩爾量總和大于金屬醇鹽摩爾量的5倍，所以檸檬酸的摩爾量為硝酸根摩爾量總和。
從圖1可以看出0.5Ni0.5Co0.028Zn0.472Fe2O4-0.5Ba(Zr0.05Ti0.95)O3體系用該工藝在900℃120min沒有出現(xiàn)明顯的相擴散，鐵電相和鐵磁相分別獨立存在。從圖2可以看出生成的鐵電鐵磁復(fù)合粉體粒度均勻，不存在明顯的兩相區(qū)。
權(quán)利要求
1.一種原位制備鐵電鐵磁復(fù)合材料粉體的軟化學(xué)方法，其特征在于，制備的步驟是1)前驅(qū)體制備按設(shè)計要求將鐵氧體金屬硝酸鹽和鐵電體金屬硝酸鹽加入到檸檬酸水溶液中，60～80℃水浴加熱攪拌1～2以后加入鐵電體的金屬醇鹽，繼續(xù)攪拌均勻后，加入氨水調(diào)節(jié)PH值在6.5～7.5，再攪拌6～8小時得到均勻穩(wěn)定的溶膠；2)粉體制備把所制得的前驅(qū)體在130～170℃干燥箱中干燥，待水分完全揮發(fā)以后再在230～270℃干燥箱中烘烤，直至燃燒，待燃燒完以后的粉末在700～900℃馬弗爐中熱處理1～2小時得到需要的粉體。
2.如權(quán)利要求1所述的原位制備鐵電鐵磁復(fù)合材料粉體的軟化學(xué)方法，其特征在于，所加入的檸檬酸的摩爾量是所有硝酸鹽硝酸根的摩爾量總和，當硝酸根摩爾量小于5倍金屬醇鹽摩爾量時，所加檸檬酸的摩爾量為金屬醇鹽摩爾量的5倍。
全文摘要
一種原位制備鐵電鐵磁復(fù)合材料粉體的軟化學(xué)方法，涉及鐵電鐵磁功能材料的制備。先進行前驅(qū)體制備，按設(shè)計要求將鐵氧體金屬硝酸鹽和鐵電體金屬硝酸鹽加入到檸檬酸水溶液中，加熱攪拌后加入鐵電體的金屬醇鹽，調(diào)節(jié)pH值，得到均勻穩(wěn)定的溶膠；再進行粉體制備，把所制得的前驅(qū)體干燥，烘烤，燃燒，將燃燒完以后的粉末熱處理得到需要的粉體。與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于本發(fā)明采用了軟化學(xué)方法，通過加入檸檬酸水溶液，使制備的鐵電鐵磁復(fù)合材料粉體具有化學(xué)均勻性好，純度高，粉末顆粒細等特點，鐵電鐵磁兩相能在分子級別甚至原子級別的微觀尺度上達到混合，從而保證了耦合性能。本方法具有工藝簡單易行，所用原料都比較常見且廉價的特點。
文檔編號C04B35/622GK1778761SQ20051008656
公開日2006年5月31日 申請日期2005年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月8日
發(fā)明者喬利杰, 潘德安, 宿彥京 申請人:北京科技大學(xué)