[发明专利]具有多铁性能的层状结构钛铁钴酸镧铋陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及氧化物陶瓷材料制备技术领域。 

背景技术

磁电多铁材料是指在某个温区内，同时表现出铁电序和铁磁/反铁磁序，且彼此之间存在某种耦合的材料。近来，这种材料日益受到瞩目，一方面因为其不但可以用在铁电和磁性设备的研发上，更为重要的是它能利用磁电之间的耦合，为设备的设计和应用提供附加的一个自由度，从而在新兴的自旋电子学、多态信息存储、电驱动铁磁谐振器及磁调控压电传感器上表现出极为诱人的应用前景。到目前为止，在已发现的多铁材料中，具有简单钙钛矿ABO₃型结构的BiFeO₃是一种无铅的环境友好型材料，具有远高于室温的铁电Curie温度和反铁磁Neel温度，因而备受关注。尽管如此，BFO材料，无论陶瓷和薄膜形态，都有一些难以克服的缺点，如介电损耗较大、漏电流较高，铁电剩余极化较小，矫顽场较大和其非均匀的磁性自旋结构等。近年来，尽管BFO得到了广泛的研究，但由于自身的缺点无法在实际器件中得应用。 

在多铁材料中层状钙钛矿材料，由于结构中含有Bi-O层且起作空间电荷库和绝缘层的作用可有效的降低材料的漏电流，得到人们广泛的重视。钛铁酸铋(Bi₅FeTi₃O₁₅，BFTO)是一种典型的层状钙钛矿磁电介质材料，其结构为沿c方向每2个铋氧层((Bi₂O₂)²⁺)之间夹着3个钛氧(Ti-O)八面体和1个铁氧(Fe-O)八面体组成；BFTO也可以看成由1个三层铁电材料Bi₄Ti₃O₁₂(BTO)与1个钙钛矿多铁电BiFeO₃(BFO)组合而成，其多铁性分别来源于铁电单元(BTO)和多铁单元(BFO)。BFTO可以有效利用铋氧层的绝缘作用来抑制磁性单元由于氧空位和Fe多价态导致的漏电流。文献报道：BFTO样品的磁性能仍表现为反铁磁性，其Neel温度(T_N)在80K附近、铁电-顺电相变温度为在1000K附近。 

由于BFTO的磁性能表现为局域化反铁磁，说明尽管BFTO中Fe-O八面体单元的排列是无序的，但仍然未能通过打破反铁磁螺旋序来释放磁性能。所以需要选择其它方案，如通过改变磁性离子耦合来提高磁性能。如果将BFTO中的一半Fe离子用Co离子来替代，形成新的钛铁钴酸铋(Bi₅Fe_0.5Co_0.5Ti₃O₁₅，BFCT)材料，则可以实现Fe、Co离子之间的耦合(当Fe∶Co＝1∶1时，Fe-O-Co的耦合几率最大)，这种耦合有可能表现为铁磁性。另外在BTO研究中发现，用La系元素取代BTO样品A位Bi离子(BLT-0.75)，可有效的降低样品中的氧空位浓度，改善样品的铁电性能。实验研究表明：当La掺杂量为0.75时样品的综合性能最佳。研究表明对于多铁电材料来讲，不仅B位耦合可以改善样品的铁磁能，同时，通过A位La系元素的耦合同样可以改善样品的铁磁性能。本申请基于层状钙钛矿多铁材料的结构特点，在已制备好的BLT-0.75样品中引入磁性层(BiFeO₃，BiCoO₃，Fe∶Co＝1∶1)，制备Bi_4.25La_0.75Fe_0.5Co_0.5Ti₃O₁₅(BLFCT)，也可以说是用改进的固相烧结工艺制备，通过对BFTO样品进行A，B位同时实施掺杂形成的新型多铁性材料。关于BLFCT这种材料，目前我们没有看到相关工作的文献和专利的报道。 

发明内容

本发明的目的是要提供一种具有层状钙钛矿结构的同时，具有铁电、铁磁性的新型磁电多铁陶瓷。 

具有多铁性能的层状结构钛铁钴酸镧铋陶瓷为陶瓷Bi_4.25La_0.75Fe_0.5Co_0.5Ti₃O₁₅。 

本发明另一目的是提供以上材料的制备方法：