[发明专利]单相多铁性铁酸锶陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种单相多铁性铁酸锶陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

多铁性材料集铁电、铁磁和铁弹等性能为一体，具有独特的多场（力、电、磁、热和光）之间的耦合作用，呈现出很多的重要的耦合性能，如磁电、压电、热释电和压磁效应等，是重要的先进功能材料。这些材料的耦合性能为器件设计提供了很大的自由度，使它们可以研制成各类的传感器、换能器、驱动器及信息存储器，应用于航天、汽车工业、生物、医学、信息等技术领域，在国际上引起了广泛的关注。

具有磁铅石结构的六角铁酸锶因其制备成本低和具有较高的磁积能而逐渐成为最常用的氧化物永磁体之一。由于铁酸锶内在的晶体结构决定了其具有较高的居里温度、较大的饱和磁化强度、良好的化学稳定性和抗腐蚀性等特点，从而引起了人们对铁酸锶的广泛关注。

根据文献公开报道铁酸铋在室温下具有铁电性（居里温度810℃）和弱的反铁磁性（尼尔温度380℃），是一种因结构参数的有序而导致的铁电性和磁性同时存在和具有磁电耦合性质的多铁性材料。但是由于铁酸铋大的漏导使其铁电性在室温下很难饱和极化，大大限制了其应用。因此如何发现一种在室温下同时具有较大的铁电和铁磁性并能够替代铁酸铋的多铁性材料是目前最需要解决的问题。  

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种单相多铁性铁酸锶陶瓷材料及其制备方法，用该方法制备出的铁酸锶多铁性陶瓷材料在室温下同时具有非常好的铁电性和铁磁性。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：单相多铁性铁酸锶陶瓷材料，其特征在于其化学式为：SrFe₁₂O₁₉，六方晶系，空间群：P63/mmc, 分子量：1061.7486，所述的单相多铁性铁酸锶陶瓷材料在室温下同时具有良好的铁电性和铁磁性，晶粒分布均匀，平均晶粒：1~5mm，色泽： 黑色至暗红色。

所述的单相多铁性铁酸锶陶瓷材料的制备方法，包括有以下步骤：

1）按照摩尔比1:8~1:12称取锶盐、铁盐，其中锶盐溶于去离子水中，形成锶的前驱体溶液，铁盐溶解于去离子水中，形成铁的前驱体溶液，称取聚乙二醇溶于去离子水中，备用；

2）将步骤1）所得的锶的前驱体溶液和铁的前驱体溶液混合搅拌1~2h，加入氨水和聚乙二醇的混合液，使锶的前驱体溶液和铁的前驱体溶液混合得到悬浊溶液；

3）将步骤2）得到的悬浊溶液进行离心，倒掉上层液，将离心出的沉淀洗涤并进行煅烧，除去有机物，得到初始粉体；

4）将步骤3）得到的初始粉体研磨并压片，再进行高温烧结，得到目标产物。

按上述方案，所述的锶盐为硝酸锶或氯化锶。

按上述方案，所述的铁盐为乙酰丙酮铁、硝酸铁或氯化铁。

按上述方案，所述的聚乙二醇的分子量为2000~20000。

按上述方案，步骤3）所述的煅烧具体步骤是：以2~10℃/min的升温速度从室温升至350~500℃，然后在350~500℃保温1~3h，接着自然降温到室温。

按上述方案，步骤4）所述的烧结具体步骤是：以2~15℃/min的升温速度从室温升至900~1000℃，接着以2~8℃/min的升温速度从900~1000℃升至1100℃~1400℃，然后在此温度保温1~5h，再以2~8℃/min的降温速度降至300~600℃并自然冷却到室温。

本发明的基本原理是：锶的前驱体溶液和铁的前驱体溶液混合后，加入氨水形成氢氧化锶和氢氧化铁沉淀，属于离子反应；离心出沉淀物，在450℃进行煅烧，氢氧化锶和氢氧化铁分别分解成为氧化锶和氧化铁，属于分解反应；然后在1100℃~1400℃进行烧结，氧化锶和氧化铁按照一定的摩尔比发生固相反应，生成铁酸锶，属于固相反应。