[发明专利]一种新型晶体结构的氧化物磁性材料Li1+xFe1-xO2及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种亚铁磁性材料，特别涉及一种新型晶体结构的氧化物磁性材料。属于非金属磁性材料及其制备技术领域。

背景技术

铁氧体磁性材料属于非金属磁性材料，由于具有高电阻、高阻抗、耐腐蚀、磁参数可调等诸多优点，作为软磁材料、硬磁材料、磁记录材料、高频磁芯材料等应用于传统技术和高新技术的各个领域，在磁性材料领域占有巨大的市场份额。传统的铁氧体磁性材料有尖晶石结构、石榴石结构、钙钛矿结构、金红石结构等。这些氧化物磁性材料的共同特点是电阻率高，晶体结构复杂。因此，实现氧化物磁性材料的电阻率可以调节，并使之在金属磁性材料和传统氧化物磁性材料之间变化，从而开发氧化物磁性材料新的应用领域，成为该领域科研人员的共同课题。

发明内容   

本发明的目的在于提供一种新型晶体结构的氧化物磁性材料，其在兼具磁性和导电性的磁电子学材料领域具有潜在的应用前景。

本发明的目的还在于提供一种新型晶体结构的氧化物磁性材料的制备方法。

本发明的目的是这样实现的。在传统的铁氧体理论指导下利用传统技术制备的LiFeO₂结构氧化物材料在低温下具有反铁磁序，奈尔温度一般在几十K以下，在奈尔温度以上转变为顺磁性。这种材料中的氧离子和金属阳离子分别排列成两个面心立方结构子晶格，两个子晶格沿空间对角线方向错开空间对角线二分之一的距离。本发明通过改进制备技术，使这种结构的氧化物形成亚铁磁序，并且具有与尖晶石结构铁氧体相近的居里温度。与现有的各种铁氧体磁性材料相比较，由于这种结构具有更简单的晶体结构，并且更接近硅和锗半导体的晶体结构，在兼具磁性和导电性的磁电子学材料领域具有潜在的应用前景。此外，通过对Li和Fe的含量比适当调整，或进行适当的元素替代，可对材料的电阻率、饱和磁化强度、剩余磁化强度、矫顽力和磁化率等参数进行调整，以适应高、低频磁芯、磁记录等不同的应用领域。本申请人通过调整Li/Fe含量比，以及在高温下经强磁场处理，成功制备了具有亚铁磁性的氧化物软磁材料，其居里温度在500 °C以上。这是由于在这种材料中形成了(Li₃FeO₄)_x/(Li₂Fe₂O₄)_0.5-x两类子晶格，其中的Li₃FeO₄相经过高温和强磁场处理形成了铁磁相，并且在铁磁相的诱导下，形成了整体的亚铁磁相。从而成为一种新型晶体结构的氧化物磁性材料。

具体的，基于以上研究，本发明提供的一种新型晶体结构的氧化物磁性材料的分子式如下：

Li_1+xFe_1-xO₂，其中，x≤0.5。

本发明的氧化物磁性材料，具有类似于LiFeO₂的单相晶体结构，可为立方结构，或从立方结构发生微小畸变，成为四角结构或正交结构。

本发明的氧化物磁性材料，其中氧离子和金属阳离子分别排列成两个面心立方结构子晶格，两个子晶格沿空间对角线方向错开空间对角线二分之一的距离。

本发明的氧化物磁性材料，其饱和磁化强度可以通过调节Li/Fe比例而进行调节，其中Fe离子的磁矩排列具有亚铁磁序，并且具有与尖晶石结构铁氧体相近的居里温度，其饱和磁化强度从5 Am²/kg到100Am²/kg可调。

本发明的氧化物磁性材料，其矫顽力、剩余磁化强度和磁导率可以通过不同的金属离子掺杂而进行调节，以便制成软磁材料、磁记录材料和高频磁性材料。

本发明的新型晶体结构的氧化物磁性材料的制备方法包括以下步骤：

（1）将Li、Fe的化合物高纯试剂和柠檬酸按(Li+Fe):柠檬酸=2.0:(0.5～3.0)的摩尔比进行称量，备用；

（2）将1.0+x摩尔的Li化合物，和1.0-x摩尔的Fe化合物放入容器中，加水100～150ml，搅拌；

（3）将0.5～3.0摩尔的柠檬酸加入步骤（2）的溶液中，并维持溶液的pH值为2～3；

（4）保持步骤（3）所得溶液的温度为80～90℃，直至溶液成为干胶状后，再将温度升至190～210℃，直至该干胶成为炭状；

（5）将步骤（4）所得的炭状物研磨成粉末状态，在500～650℃下热处理4～6小时；