[发明专利]具有γ－Bi2O3构造的多铁性陶瓷材料和制备方法及其应用

说明书

一、技术领域

本发明属于无机非金属材料及功能陶瓷薄膜材料领域，具体涉及应用于信息存储的具有γ-Bi₂O₃构造的多铁性陶瓷材料和制备方法及其应用。

二、背景技术

一种单相的化合物如果同时具有铁电性及铁磁性则被称为多铁性材料。由于在多态信息存储方面的巨大应用前景，多铁性材料目前已经获得了广泛的研究【文献1：T.Kimura，T.Goto，H.Shintani，K.Ishizaka，T.Arima，Y.Tokura，Nature 426，55(2003)；文献2：M.Gajek，M.Bibes，S.Fusil，K.Bouzehouane，J.Fontcuberta，A.Barthelemy，A.Fert，Nature Materials 6，296(2007)】。代表这类材料铁电性的电偶极矩矢量可以在外加电场的作用下发生反转，而且代表这类材料铁磁性的磁化强度矢量也可以在外加磁场的作用下发生反转。这两种矢量在外场作用下发生反转的性质就奠定了多铁性材料在信息存储方面的应用基础。理论计算表明，多数多铁性材料中当铁电性及铁磁性同时存在时，这两种机制是互相排斥的，因此至今所发现的多铁性材料在数量上是有限的。

三、发明内容

1、发明目的

本发明的目的在于提供一种具有γ-Bi₂O₃构造的多铁性陶瓷材料和制备方法及其应用。

2、技术方案

一种具有γ-Bi₂O₃构造的多铁性陶瓷材料，其特征在于它是用两种不同价态的过渡金属离子(其d电子数不为0)掺杂的Bi₂O₃，用公式BiM_1-xN_xO₃表示，其中M为V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni或Cu中的一种，其中N为V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni或Cu中的一种，但M和N不同时为一种元素，其中的X值为0.05-0.95。

一种具有γ-Bi₂O₃构造的多铁性陶瓷材料的制备方法，其制备步骤如下：

(1)按M及N的掺杂摩尔浓度1-x及x来称量Bi₂O₃和M及N的氧化物原料，使得金属离子的摩尔浓度比例为：Bi∶M∶N＝1∶(1-x)∶x；

(2)将原材料放在氧化锆的球磨罐中用酒精混合后进行球磨，球磨机转速为100-1000转/分钟，球磨时间为1-24小时；

(3)将球磨后的浆体放入烘箱中烘干，烘箱温度为30-150℃，烘干时间为1-10小时；

(4)将烘干后的粉末用研钵充分研磨，利用压片机在10-25MPa的压力下压片成型；

(5)将压成的小片放进箱式电炉中烧结，烧结温度为300-1100℃，烧结时间为5分钟-6小时，然后直接将样品置于空气中退火，使得陶瓷片结晶成γ-Bi₂O₃构造。图1显示M及N掺杂Bi₂O₃陶瓷的X射线衍射谱，从图中可以看出陶瓷片具有完全的γ-Bi₂O₃相，无杂质相存在。

上述步骤(1)中M及N的氧化物原料为：VO₂，Cr₂O₃，MnO₂，Fe₂O₃，Co₂O₃，Ni₂O₃或CuO中的一种。

上述的具有γ-Bi₂O₃构造的多铁性陶瓷材料在制备磁性信息记录材料、铁电信息记录材料以及磁性及铁电多态信息记录材料中的应用。

多铁性陶瓷材料的性能测试方法：

对具有γ-Bi₂O₃构造的多铁性陶瓷材料的性能测试包括：X射线衍射，铁磁性能测试，铁电及介电性能测试，具体如下：

X射线衍射测试：

利用粉末X射线衍射测试方法确定具有γ-Bi₂O₃构造的多铁性陶瓷材料的X射线衍射谱，从而确定其晶体结构。

铁磁性能测试：

(1)利用振动样品磁强计(VSM)测试多铁性陶瓷材料在室温下的H-M迴线；