[发明专利]一种室温多铁性BiFeO3-SrTiO3固溶体陶瓷的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于信息功能材料技术领域。

背景技术

随着信息技术的不断发展，器件的小型化、多功能化，人们对集电性与磁性等于一身的多功能材料研究兴趣不断高涨。多铁性材料不但具备单一的铁电性、铁磁性等性能，而且在这种材料中电极化和磁化之间可相互耦合产生新功能，如磁电耦合效应，即材料在外磁场下产生铁电极化，或者在外电场下产生磁极化的特性。这大大拓宽了铁性材料的应用范围，因而受到广泛关注。美国Science杂志在2007年底“Areas To Watch”中预测，多铁材料是2008年值得关注的7大研究热点领域之一。

早在1894年，P.居里就利用对称性的理论预测自然界中存在磁电效应。1994年瑞士科学家Schmid明确提出“多铁性材料”的概念，即具有两种或两种以上初级铁性体特征的单相化合物。但是目前单相磁电材料至今还没能应用到实际中，主要是因为室温下能表现出铁电性和铁磁性并存的多铁材料种类十分有限，大部分单相材料的居里温度较低，磁电效应很微弱或可观察到磁电效应的温度很低；材料存在大的漏电流，单相材料难以合成等，严重阻碍了基于多铁性材料的相关器件的开发。其中，BiFeO₃由于具有高于较高的铁电居里温度(T_FE＝1123K)和反铁磁奈尔温度(T_N＝643K)成为室温下表现出多铁性的最典型性的材料，受到研究者最广泛的关注，但其仍存在单相材料难以合成，磁化强度小等问题，研究者开始关注基于BiFeO₃相关的固溶体材料的研究，如BiFeO₃-BaTiO₃、BiFeO₃-PbTiO₃、BiFeO₃-Bi₄Ti₃O₁₂、BiFeO₃-Bi_0.5Na_0.5TiO₃和BiFeO₃-NaNbO₃等，这类材料的室温多铁性可以得到显著改善。因此，探索基于BiFeO₃固溶体材料成为寻求室温多铁性材料的重要途径之一。

最近，R.Ranjith等人在《J.Mag & Mag.Mater》(2009年第321期，1710-1713)上报道，采用脉冲激光沉积技术制备了多铁性的BiFeO₃-SrTiO₃超晶格点阵薄膜。但至今，对单相室温多铁性BiFeO₃-SrTiO₃固溶体陶瓷的制备，及其室温条件下的铁磁和铁电性能，国内和国外的文献中均没有记载。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题而提供了一种室温多铁性BiFeO3-SrTiO3固溶体陶瓷的制备方法，利用本发明方法得到的BiFeO3-SrTiO3陶瓷具备结构单相、低漏电流和室温铁电/铁磁共存等特性。

本发明所采用的技术方案是：

一种室温多铁性BiFeO3-SrTiO3固溶体陶瓷，包括以下步骤：

(1)室温下，首先配置柠檬酸水溶液，将柠檬酸放入烧杯中，加入去离子水，在超声波分散下溶解，形成透明溶液；然后将分析纯的钛酸丁酯和硝酸锶按化学计量比1∶1，在不断搅拌下依次加入到上述柠檬酸溶液中，超声分散或加热促使溶解，形成透明溶液，溶液的金属离子总浓度为0.5～2mol/L；其中分析纯的钛酸丁酯、硝酸锶作为Ti和Sr的离子源，柠檬酸为络合剂，柠檬酸与Ti、Sr两种金属离子和的摩尔比为1∶1～1.25∶1；

(2)室温下，按上述步骤(1)的方法，配置柠檬酸水溶液，然后将分析纯的硝酸铋和硝酸铁按化学计量比1∶1，在不断搅拌下加入檬酸溶液中溶解，形成透明溶液，溶液的金属离子总浓度为0.5～2mol/L；其中分析纯的硝酸铋和硝酸铁作为Bi和Fe的离子源，柠檬酸为络合剂，柠檬酸与Bi、Fe两种金属离子和的摩尔比为1∶1～1.25∶1；

(3)将步骤(1)和步骤(2)制备的两溶液混合，其中两溶液总金属离子化学计量比为1∶0～0∶1，然后用氨水调节pH值为7～7.5；在水浴中80℃～100℃将溶液蒸干去除水分，在烘箱中130℃～160℃干燥，直至形成黑色干凝胶；