[发明专利]尖晶石型多铁性材料及其合成方法

说明书

技术领域

本发明属于多铁性材料及其制备领域，特别涉及一类单相磁电材料及其制备方法，具体涉及一类在室温下能表现出多铁性能的尖晶石型材料及其制备方法。

背景技术

铁性材料( 如铁电、铁磁材料) 是一大类非常重要的先进功能材料，广泛应用于换能器、传感器、敏感器等电子器件，在传感、驱动、存储及智能系统等高技术领域占主导地位。在器件微型化、需求多样化的现代生产生活中，越来越迫切地需要同时具备多种功能的材料，多铁性材料就是其中的一类典型代表。

多铁性材料是指材料的同一个相中包含两种及两种以上铁的基本性能，这些铁的基本性能包括铁电性（反铁电性），铁磁性（反铁磁性、亚铁磁性）和铁弹性。这一类材料在一定的温度下同时存在自发极化序和自旋序，正是它们的同时存在引起的磁电耦合效应使多铁性体具有某些特殊的物理性质, 引发了若干新的、有意义的物理现象，如：在磁场的作用下产生电极化或者诱导铁电相变；在电场作用下产生磁场或者诱导铁电相变；在Curie 温度铁磁相变点附近产生介电常数的突变等。多铁性材料已成为当前国际上研究的一个热点。

多铁性材料可分为复合磁电材料和单相磁电材料。复合多铁性材料是一种新型多功能材料，是将铁电相与铁磁相材料经一定的方法复合形成的, 不仅具有前者的压电效应和后者的磁致伸缩效应, 而且还能产生出新的磁电转换效应，这种效应是铁电相与铁磁相的乘积效应。单相多铁性材料是指同时表现出铁电性和铁磁性的单相化合物，此多铁性材料不仅具有铁电性和铁磁性，而且铁电性与铁磁性之间存在磁电耦合效应，从而可能实现铁电性和铁磁性的相互调控。其中在室温下能表现出铁电性能的单相磁电材料是比较罕见的，钙钛矿型的BiFeO₃是其中的一种。因此寻找新的单相磁电材料及其适合工业生产的制备方法亟待解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一类新的多铁性材料及其合成方法，以满足信息技术不断发展的要求。该方法利用廉价易得的原料，采用溶剂热法，高产率合成系列多铁性材料。该方法的合成路线简单、易于放大、成本低，所得到的多铁性材料在常温下就可以表现出多铁性能，是比较罕见的一类单相多铁材料，在换能器、传感器、信息存储器等技术领域,具备广阔的应用前景。

本发明所提供的尖晶石型多铁性材料的通式为：

M_xZn_1-xFe₂O₄，其中M为铍、镁、钙、锶、钡、锡、铅、镉、锰、铁、钴离子中的一种，x= 0.02,0.05, 0.1, 0.15, 0.2---1；

M_xM’_yZn_1-x-yFe₂O₄ ，M为铍、镁、钙、锶、钡、锡、铅、镉、锰、铁、钴离子中的一种，x=0.02,0.05, 0.1, 0.15, 0.2---1, M’ 为铍、镁、钙、锶、钡、锡、铅、镉、锰、铁、钴离子中的一种，y= 0.02, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2---1; x+y ≤1；

ZnM_xFe_2-x O₄，M 为铝、镓、铟、锑、铋、钛、铬离子中的一种，x=0.02, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2---1；

ZnM_xM’_yFe_2-x-yO₄，M为铝、镓、铟、锑、铋、钛、铬离子中的一种，M’ 为铝、镓、铟、锑、铋、钛、铬离子等中的一种, x=0.02, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2---1; y=0.02, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2---1; x+y ≤1 。

M_xZn_1-xM’_yFe_2-yO₄，其中M为铍、镁、钙、锶、钡、锡、铅、镉、锰、铁、钴离子中的一种，x= 0.02,0.05, 0.1, 0.15, 0.2---1，M’ 为铝、镓、铟、锑、铋、钛、铬离子等中的一种, x=1.0,1.05----1.7, 1.75, 1.8, 1.85, 1.9, 1.95, 2; y=0.02, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2---1; x+y ≤3；

本发明所提供的合成尖晶石型多铁性材料的方法，按照下述步骤进行：