[发明专利]一种多铁性单晶纳米带及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于多铁纳米材料及其制备技术领域，特别地涉及一种多铁性单晶纳米带及其制备方法。

背景技术

多铁性材料是继高温超导材料、庞磁电阻材料之后有着最丰富物理内涵的材料体系之一，其在凝聚态基本理论研究和新型多功能材料开发应用等方面都有深远的意义。多铁性材料同时具有磁性和铁电性，而且二者通常具有相互作用，会表现出磁电耦合效应，即材料具有在磁场作用下产生铁电极化或在电场作用下产生磁化的特性。因此，多铁性材料不仅可以分别应用在磁性材料和铁电材料各自的领域中，而且还能在一个器件中实现多种功用，这为下一代高密度、超快速、多功能的信息存储器件等提供了重要的材料基础。近几年的研究中，人们已经在多铁性材料构成的器件中实现了电场对材料磁性质的调控，或者实现磁场对材料铁电和介电性质的调控，这大大加快了基于多铁性材料的器件走向应用的步伐。

然而，已经发现的多铁性材料还很少，尤其是在室温环境下具有多铁特性的材料更为稀少。一方面，目前被广泛公认的室温多铁性材料只有铁酸铋BiFeO₃(Science，2003年，第299卷，第1719-1722页；Science，2009年，第326卷，第977-980页，等等)，但是由于其铁电性和磁性分别起源于不同的离子，BiFeO₃磁电耦合效应并不是特别强；另一方面，研究者在一些多铁性材料中如TbMnO₃、GaFeO₃等发现了较强的磁电耦合效应(Nature，2003年，第426卷，第55-58页；Nature Materials，2009年，第8卷，第558-562页，等等)，但是效应只能发生在极低温和强磁场下。上述两个方面的因素大大制约了基于多铁性材料的实用器件的进一步发展，所以探索具有较高多铁序转变温度的新材料是这一领域的研究重点之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有室温多铁性的单晶纳米带，并且利用简单的水热法来制备这种多铁性单晶纳米带。

因此，在第一个方面，本发明提供了一种多铁性材料，其特征在于其化学式为Bi_4.2K_0.8Fe₂O_9.7。

在第二个方面，本发明提供了一种多铁性单晶纳米带(下面有时简称为“本发明的单晶纳米带”)，其由本发明的多铁性材料形成，其特征在于以<100>为生长方向，以<010>为纳米带宽度方向，以<001>为纳米带的厚度方向，并且具有结构调制现象，其调制波矢为(0，0.25，1)，即形成b轴加大4倍的超结构相。

本发明的单晶纳米带在室温下具有铁电性和/或磁性的性质。

在第三个方面，本发明提供了制备本发明的单晶纳米带的方法(下面有时简称为“本发明的方法”)，该方法包括以下步骤：

(1)取摩尔比21∶10的硝酸铋和硝酸铁溶解在硝酸中，加热搅拌后配制成铋离子浓度为0.05～0.2mol/L的澄清溶液1，

(2)将溶液1与浓氢氧化钾溶液混合，使钾离子的最终浓度不低于9mol/L，得到的悬浊液作为反应前驱液2，

(3)将反应前驱液2以1～2℃/min的升温速率加热至150～200℃，保温20～300分钟后自然冷却至室温后，得到多铁性Bi_4.2K_0.8Fe₂O_9.7单晶纳米带。

在本发明的方法的一个优选实施方案中，步骤(3)在水热釜中进行。

在第四个方面，本发明的单晶纳米带还可以用于制备多铁性纳米器件，使得纳米器件也具备室温下的铁电性和/或磁性性质。

本发明的有益效果：

1.本发明利用简单易行的水热法，首次成功地合成出了一种在室温下同时具有铁电性和磁性的化学式为Bi_4.2K_0.8Fe₂O_9.7的单晶纳米带。