[发明专利]具有多铁性能的六层状结构钛铁钴酸钇铋陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及多铁氧化物陶瓷材料领域，更具体而言，涉及一种具有多铁性能的六层状结构钛铁钴酸钇铋陶瓷材料及其制备方法。

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，只有ABO₃型结构的BiFeO₃在室温以上具有铁电性和铁磁性，但样品的漏电流较大且室温以上是反铁磁等特性不能满足实际应用的需求。近年来，对BiFeO₃样品进行了广泛的研究，研究结果表明，用A位掺杂的方法可能改善样品的电学性能，降低样品的漏电流，样品的铁电性能也得到了明显提高。由于BiFeO₃在常温下为反铁磁性，而反铁磁性对外加磁场的响应不够敏感，目前还没有单一相结构的BiFeO₃材料在实际应用方面的报道。

为了满足多铁材料在实际应用中的需要，近年来，多铁电材料成为材料学科研究的热点之一。目前研究多铁电材料的一个主要方向是研究单一结构的材料，在这类材料中双钙钛矿材料得到了人们广泛的重视。在研究中发现，在样品的B位用两种具有d⁰电子结构的磁性离子进行耦合可大大改善样品的铁磁性能，但目前在双钙钛矿材料研究中还存在两个主要问题：(1)样品合成必须在高压下制备，并且很难做到样品B位离子具有较好的有序性；(2)样品的铁电和铁磁的相变温度不同时在室温以上。具有类钙钛矿中Aurivillius型层状材料以其独特的晶体结构和性能，近年来得到了较为广泛的重视。Aurivillius型层状多铁材料其结构式可以写成：Bi₂A_m-1B_mO_3m+3，具体到本发明的体系是 Bi₂Bi_m+2Fe_mTi₃O_3m+12，或者写为Bi₂O₂+Bi₄Ti₃O₁₂(BTO)+nBiMO₃(n＝1，2...，M为磁性离子)，也就是材料可以看成由三层具有钙钛矿结构的铁电材料BTO与具有一个或多个磁性单元的离子团BiFeO₃组合而成，其结构为在2个铋氧层((Bi₂O₂)²⁺)之间夹着3个钛氧(Ti-O)八面体和1个或多个磁性单元的(Fe-O)八面体。由于铋氧层具有绝缘层和电荷库的作用，可有效降低样品的漏电流，对改善样品电学性能有着积极意义。

发明内容

为了优化Aurivillius型层状陶瓷的铁电性能和铁磁性能，本发明提供一种具有多铁性能的六层状结构钛铁钴酸钇铋陶瓷，其化学式为Bi₆YFe₂CoTi₃O₂₁。

本发明的钛铁钴酸钇铋陶瓷在室温以上同时具有铁电性和铁磁性，且漏电流较小，铁磁性可观，为在信息存储、谐振、传感等方面的应用提供了可能。

本发明的另一目的是提供该Aurivillius型多铁氧化物陶瓷(具有多铁性能的六层状结构钛铁钴酸钇铋陶)的制备方法，所述方法包括：