一種錳摻雜鐵酸釔多鐵材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]發(fā)明屬于無(wú)機(jī)非金屬材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種錳摻雜鐵酸釔多鐵材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多鐵性材料是指具有鐵電、(反)鐵磁與鐵彈三種有序中兩種或兩種以上的鐵性材料。由于其豐富的物理內(nèi)涵與誘人的應(yīng)用前景、多鐵性材料正成為凝聚態(tài)物理與材料科學(xué)的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。目前，鐵電材料的研究基本上局限于幾種氧化物，如BiMn03、BiFeO3,Fe304、TbMn205、La/CaMn03等。到目前為止，BiFeO 3是研究的比較成熟的單相多鐵材料，但仍然很難被具體應(yīng)用，理由是該材料雖然在室溫具有較大的電極化強(qiáng)度(約為40yC/cm2)，但其微弱的磁化強(qiáng)度基本趨近與零。YFeO3為三元氧化物，與天然鈣鈦礦CaT1J^晶體結(jié)構(gòu)相同且屬于正交晶系，與立方結(jié)構(gòu)的尖晶石鐵氧體相區(qū)別被稱(chēng)作正鐵氧體。
[0003]￥?^3是在室溫下具有鐵電性和反鐵磁性的多鐵性材料，其反鐵磁轉(zhuǎn)變溫度為T(mén) N(655 K)，鐵電轉(zhuǎn)變溫度為T(mén)c (420 K)。而多鐵性材料￥11103具有高的鐵電轉(zhuǎn)變溫度Tc(900K)和低的反鐵磁轉(zhuǎn)變溫度Tn(70K)。這說(shuō)明、通過(guò)Mn替代Fe可在維持￥?603較好室溫鐵磁性的基礎(chǔ)上、得到良好的鐵電性。參閱J Mater Sc1: Mater Electron 21, 838 - 843
(2010)ο
[0004]目前，錳摻雜鐵酸釔已被通過(guò)多種方法成功制備，常見(jiàn)方法有:固相反應(yīng)法，溶膠凝膠法等。參閱 J Mater Sc1: Mater Electron 21, 838 - 843 (2010) ； J.Appl.Phys.115，033508 (2014) ；Mater Lett 136，15 - 17 (2014) ；Ceram Int.38，1473 - 1477
(2012)o
[0005]相比上述方法水熱法具有眾多優(yōu)越性。比如，省略了煅燒步驟，從而也省略了研磨步驟，因此粉末的純度高，晶體缺陷密度低；從溶液中直接合成高結(jié)晶度，不含結(jié)晶水的陶瓷粉末。粉末的大小，均勻性，形狀，成分可以得到嚴(yán)格的控制，粉末分散性比其他溶液法產(chǎn)品明顯優(yōu)異，而且粉末活性高，因此易于燒結(jié)；此方法還具有設(shè)備簡(jiǎn)單，無(wú)污染，成本低，產(chǎn)量高等優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種錳摻雜鐵酸釔多鐵材料及其制備方法。
[0007]本發(fā)明所述的錳摻雜鐵酸釔多鐵材料及其制備方法包括以下步驟:
步驟一，制取錳摻雜鐵酸釔多鐵材料要采取水熱反應(yīng)法，其化學(xué)式為YFe1 χΜηχ03 (O 彡 X 彡 0.2)。反應(yīng)原料有 Y (NO3) 3.6H20 (99.9%)，F(xiàn)e (NO3) 3.9H20 (99.9%)，MnCl2.4Η20(99.9%)，其中將 Y (NO3) 3.6Η20 作為 Y 源，F(xiàn)e (NO3)3.9Η20 作為 Fe 源，MnCl2.4Η20 作為Mn源；還要將KOH選擇為礦化劑。按照錳摻雜鐵酸釔的化學(xué)式Y(jié)Fe1 χΜηχ03 (O彡X彡0.2)的計(jì)量比例稱(chēng)取上述三種原料。
[0008]步驟二，先把已稱(chēng)取的Y(NO3)3.6H20，F(xiàn)e (NO3)3.9Η20和MnCl2.4Η20放入塑料燒杯內(nèi)，然后用量筒稱(chēng)取15ml去離子水倒入塑料燒杯中攪拌20~40分鐘，使溶液充分溶解。
[0009]步驟三，先用15ml去離子水配制濃度為50mol/L的KOH溶液，然后攪拌5~10分鐘，使溶液充分溶解。
[0010]步驟四，已配制的KOH溶液慢慢倒入《步驟二》中得到的溶液里，此后把總的溶液再攪拌1~2小時(shí)(溶液溫度變?yōu)槭覝貫橹?；最后把溶液在230~250°C的條件下反應(yīng)68~76小時(shí)。
[0011]步驟五，反應(yīng)時(shí)間到之后先把反應(yīng)產(chǎn)物取出來(lái)冷卻3~4個(gè)小時(shí)，然后通過(guò)去離子水洗滌直到它的PH值達(dá)到中性值，再用無(wú)水乙醇洗滌以及用高純?nèi)ルx子水清洗，最后放入60~80°C的恒溫真空干燥箱干燥8~10個(gè)小時(shí)。
[0012]本發(fā)明的突出特點(diǎn)是:可以制備出單相的錳摻雜鐵酸釔多鐵材料。本發(fā)明采用的方法可有效地抑制雜相的產(chǎn)生，并且原料簡(jiǎn)單易得，成本低，制備工藝簡(jiǎn)單，無(wú)污染，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是采用本發(fā)明的方法制備的YFe1 χΜηχ03 (O彡X彡0.2)的X射線(xiàn)衍射(XRD)譜圖。
[0014]圖2是采用本發(fā)明的方法制備的YFe1 χΜηχ03(O彡X彡0.2)的掃描電鏡(SEM)形貌圖。其中 a，b, c，d，e，f 分別為 X=0，0.025,0.05,0.075,0.1,0.2 時(shí)的形貌。
[0015]圖3是YFe1 χΜηχ03的形貌機(jī)制圖。
[0016]圖4是采用本發(fā)明的方法制備的YFe1 χΜηχ03(O彡X彡0.2)的室溫磁滯(M-H)回線(xiàn)。其中 a，b 對(duì)應(yīng)的是 Χ=0，0.025，0.05，0.075 ；c 與 d 對(duì)應(yīng)的是 Χ=0，0.1,0.2。
[0017]圖5是剩余磁化強(qiáng)度與參雜濃度的變化曲線(xiàn)。
【具體實(shí)施方式】
[0018]實(shí)施例1
將原料 Y(NO3)3.6Η20 (99.9%)，F(xiàn)e (NO3) 3.9Η20 (99.9%)，MnCl2.4Η20 (99.9%)按照錳摻雜鐵酸釔的化學(xué)式Y(jié)Fe1 xMnx03 (X=O)的計(jì)量比例稱(chēng)取上述三種原料。質(zhì)量分別為3.83g，4.04g，0g。
[0019]步驟二，先把已稱(chēng)取的Y(NO3)3.6H20，F(xiàn)e (NO3)3.9H20和MnCl2.4H20放入塑料燒杯內(nèi)，然后用量筒稱(chēng)取15ml去離子水倒入塑料燒杯中攪拌20~40分鐘，使溶液充分溶解。
[0020]步驟三，先用15ml去離子水配制濃度為50mol/L的KOH溶液，然后攪拌5~10分鐘，使溶液充分溶解。
[0021]步驟四，已配制的KOH溶液慢慢倒入《步驟二》中得到的溶液里，此后把總的溶液再攪拌1~2小時(shí)(溶液溫度變?yōu)槭覝貫橹?；最后把溶液在230~250°C的條件下反應(yīng)68~76小時(shí)。
[0022]步驟五，反應(yīng)時(shí)間到之后先把反應(yīng)產(chǎn)物取出來(lái)冷卻3~4個(gè)小時(shí)，然后通過(guò)去離子水洗滌直到它的PH值達(dá)到中性值，再用無(wú)水乙醇洗滌以及用高純?nèi)ルx子水清洗，最后放入60-800C的恒溫真空干燥箱干燥8~10個(gè)小時(shí)。干燥之后可得到褐色粉末。
[0023]無(wú)摻雜Mn時(shí)的YFeO3的XRD圖與JCPDF File N0.39-1489相對(duì)應(yīng)，如圖1 (a)所示。SEM圖顯示，摻雜之前YFeO3S準(zhǔn)長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，如圖2(a)所示。摻雜之前樣品的剩余磁化強(qiáng)度為0.82emy/g，如圖4所示。
[0024]實(shí)施例2
將原料 Y(NO3)3.6H20 (99.9%),Fe (NO3)3.9H20 (99.9%),MnCl2.4H20 (99.9%)按照錳摻雜鐵酸釔的化學(xué)式Y(jié)Fe1 χΜηχ03 (X=0.0 2 5)的計(jì)量比例稱(chēng)取上述三種原料。質(zhì)量分別為3.83g，3.939g，0.049go
[0025]步驟二，先把已稱(chēng)取的Y(NO3)3.6H20，F(xiàn)e (NO3)3.9H20和MnCl2.4H20放入塑料燒杯內(nèi)，然后用量筒稱(chēng)取15ml去離子水倒入塑料燒杯中攪拌20~40分鐘，使溶液充分溶解。
[0026]步驟三，先用15ml去離子水配制濃度為50mol/L的KOH溶液，然后攪拌5~10分鐘，使溶液充分溶解。
[0027]步驟四，已配制的KOH溶液慢慢倒入《步驟二》中得到的溶液里，此后把總的溶液再攪拌1~2小時(shí)(溶液溫度變?yōu)槭覝貫橹?；最后把溶液在230~250°C的條件下反應(yīng)68~76小時(shí)。
[0028]步驟五，反應(yīng)時(shí)間到之后先把反應(yīng)產(chǎn)物取出來(lái)冷卻3~4個(gè)小時(shí)，然后通過(guò)去離子水洗滌直到它的PH值達(dá)到中性值，再用無(wú)水乙醇洗滌以及用高純?nèi)ルx子水清洗，最后放入60-800C的恒溫真空干燥箱干燥8~10個(gè)小時(shí)。干燥之后可得到淺藍(lán)黑色粉末。
[0029]當(dāng)X=0.025時(shí)樣品的XRD圖基本上沒(méi)有變化也沒(méi)有雜相，如圖1 (b)所示。SEM圖顯示，當(dāng)X=0.025時(shí)長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)層次結(jié)構(gòu)，如圖2 (b)所示。摻雜量X=0.025的樣品的剩余磁化強(qiáng)度為0.87emy/g，有上升趨勢(shì)，如圖4(a，b)所示。
[0030]實(shí)施例3
將原料 Y(NO3)3.6H20 (99.9%),Fe (NO3)3.9H20 (99.9%),MnCl2.4H20 (99.9%)按照錳摻雜鐵酸釔的化學(xué)式Y(jié)FelxMnxO3 (X=0.05)的計(jì)量比例稱(chēng)取上述三種原料。質(zhì)量分別為3.83g，3.838g，0.099go
[0031]步驟二，先把已稱(chēng)取的Y(NO3)3.6H20，F(xiàn)e (NO3)3.9H20和MnCl2.4H20放入塑料燒杯內(nèi)，然后用量筒稱(chēng)取15ml去離子水倒入塑料燒杯中攪拌20~40分鐘，使溶液充分溶解。
[0032]步驟三，先用15ml去離子水配制濃度為50mol/L的KOH溶液，然后攪拌5~10分鐘，使溶液充分溶解。
[0033]步驟四，已配制的KOH溶液慢慢倒入《步驟二》中得到的溶液里，此后把總的溶液再攪拌1~2小時(shí)(溶液溫度變?yōu)槭覝貫橹?；最后把溶液在230~250°C的條件下反應(yīng)68~76小時(shí)。
[0034]步驟五，反應(yīng)時(shí)間到之后先把反應(yīng)產(chǎn)物取出來(lái)冷卻3~4個(gè)小時(shí)，然后通過(guò)去離子水洗滌直到它的PH值達(dá)到中性值，再用無(wú)水乙醇洗滌以及用高純?nèi)ルx子水清洗，最后放入60-800C的恒溫真空干燥箱干燥8~10個(gè)小時(shí)。干燥之后可得到藍(lán)黑色粉末。
[0035]當(dāng)X=0.05時(shí)樣品的