[发明专利]一种陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及多功能材料技术领域，尤其涉及一种陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

多功能材料是具备两种或两种以上功能的功能材料，如电学、磁学、光学、热学、化学和生物医学等功能，并且上述特殊的物理、化学和生物学效应，能够通过技术手段实现功能相互转化，可以被用来制造各种功能元器件，其广泛应用于各类高科技领域。

多功能材料一直是材料领域中的研究重点。近年来，磁电多铁性材料，作为多功能材料中的一类材料，成为材料学科研究的热点。磁电多铁性材料是在某个温区内，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。这类材料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，在已经发现的磁电多铁性材料中，只有ABO₃型结构的BiFeO₃在室温以上具有铁电性和反铁磁性，然而，该材料的漏电流较大且室温以上的反铁磁特性不能满足实际应用的需求。因此，寻找新的室温以上的磁电多铁性体系是必要的。从物理角度来看，欲在单相体系中同时实现铁电铁磁性能，必须解决磁性和铁电性的互斥性，即形成共价键和库仑排斥之间的竞争(共价键的形成导致离子位置偏移中心，表现铁电性；库仑排斥作用强时，离子位置保持在中心，不表现铁电性，而表现为铁磁性)。层状钙钛矿材料能够很好的解决这个矛盾，因而成为广泛关注的对象，这类材料通过层状结构能够在单相结构中同时包含铁电单元和铁磁单元，从而成为室温以上磁电多铁材料中最有潜力的候选者。由此，本申请提供了一种陶瓷材料。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种室温以上同时具有良好的铁电性和铁磁性的单相陶瓷材料。

有鉴于此，本申请提供了一种如式(Ⅰ)所示的陶瓷材料：

Bi₁₁Ti₆Fe_2.8Co_0.2O₃₃ (Ⅰ)。

优选的，所述陶瓷材料为通过铋氧层连接的四层钙钛矿层和五层钙钛矿层的共生结构。

优选的，所述陶瓷材料为单相陶瓷材料。

本申请还提供了上述方案所述的陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

将钛源、铋源、铁源和钴源按照化学计量比30:55:14:1溶于酸液与络合剂中，得到混合溶液；

将所述混合溶液蒸干后燃烧，然后进行预烧，得到陶瓷粉体；

将所述陶瓷粉体压制成型后进行烧结，得到陶瓷材料。

优选的，所述钛源为钛酸四正丁酯或钛酸异丙酯，所述铋源为五水合硝酸铋、草酸铋和氧化铋中的一种或多种，所述铁源为九水合硝酸铁、三氧化二铁和草酸铁中的一种或多种，所述钴源为六水合硝酸钴、草酸钴和四水合乙酸钴中的一种或多种。

优选的，所述酸液为硝酸，所述络合剂为乙二胺四乙酸和柠檬酸。

优选的，所述预烧的温度为700～800℃，所述预烧的时间为2～5h。

优选的，所述烧结的温度为850～950℃，所述烧结的时间为3～6h。

本申请提供了一种化学式为Bi₁₁Ti₆Fe_2.8Co_0.2O₃₃的陶瓷材料，其晶体结构属于层状钙钛矿结构，尤其是不同钙钛矿层结构通过铋氧层构成了单相调制结构，此结构能够激发大的结构变形，从而使铁电单元-钛氧八面体产生大的铁电性能，更能够通过不同的磁性单元-铁氧八面体和钴氧八面体在结构中实现共存耦合，实现突出的铁磁性能，从而使陶瓷材料在室温以上同时具有良好的铁电性和铁磁性。

另外，本发明具有室温以上多铁性能的单相层状共生结构的陶瓷材料的制备方法，采取的低温燃烧技术(通常称为改进的Pechini法)与传统的固相法相比，成相温度低(通常在800℃以下)，安全节约有效，得到的粉体颗粒较均匀，实验周期从传统固相法需要数天缩短到6～8h，简化了制作工艺。