[发明专利]一种钆、锶共掺铁酸铋介电陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钆、锶共掺铁酸铋介电陶瓷材料，由硝酸铋、硝酸钆、硝酸铁和硝酸锶为原料，通过溶胶‑凝胶法制备了Bi_0.7Gd_0.3‑xSr_xFeO₃材料。本发明还公开了Bi_0.7Gd_0.3‑xSr_xFeO₃材料的制备方法，包括如下步骤：步骤一、将硝酸铋、硝酸钆和硝酸铁溶解到稀硝酸中，并水浴加热至60～80℃，加入络合剂和葡萄糖，然后加入硝酸锶和丙烯酰胺单体，搅拌均匀后，得到前驱体溶液；步骤二、调节前驱体溶液的pH值为2～3，并水浴加热至60～80℃，蒸干得到湿凝胶，然后静置；步骤三、将湿凝胶干燥得到干凝胶，将干凝胶滴加助燃剂点燃自蔓延后得到泥黄色的粉末，将其研磨后煅烧，制备得到钆、锶共掺铁酸铋介电陶瓷材料。本发明制备的Bi_0.7Gd_0.3‑xSr_xFeO₃材料不仅结晶度和有序性高，而且降低了成本，具有相当大的应用前景。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，特别涉及一种钆、锶共掺铁酸铋介电陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的快速发展，器件的微型化及多样化的要求逐渐提高，这就迫使人们去探寻和发展同时具有多种功能的新材料来取代单一功能的材料，以满足研制多功能新型器件的需求，这就促使多铁纳米材料成为当代新型材料科学研究的热点。铁酸铋(BiFeO₃)简称BFO，是一种扭曲的三角钙钛矿结构，表现为空间螺旋自旋结构，其周期为62nm，是目前唯一在室温下同时存在铁电性与反铁磁性的单相多铁材料。并具有较高的居里温度、尼尔温度和较大的剩余极化温度，在铁电随机存储器、自旋电子器件、磁电存储单元、光电器件等领域具有很好的应用前景。

然而，BiFeO₃材料中铋元素的易挥发以及部分Fe³⁺向Fe²⁺的转变，使材料中产生较多的氧空位，从而导致BiFeO₃材料存在着严重的漏电现象和较大的矫顽场，难以极化，很难获得较高的剩余极化值，因此在实际应用中受到了极大的限制。此外，BiFeO₃材料中存在弱铁磁性，使其难以满足新一代存储器件和其他多功能器件所需要的强磁电偶合，为了改善BiFeO₃材料的应用，人们采用了各种合成方法，意图克服以上缺陷，最终结果表明，掺杂是改善其缺陷的最有效方法。

目前，还没有关于钆、锶共掺铁酸铋介电陶瓷材料及其制备方法的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种钆、锶共掺铁酸铋介电陶瓷材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种钆、锶共掺铁酸铋介电陶瓷材料为Bi_0.7Gd_0.3-xSr_xFeO₃材料，其中x＝0.05～0.25，其结构为四方晶系钙钛矿结构。

本发明的另一技术方案是提供一种钆、锶共掺铁酸铋介电陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、将硝酸铋、硝酸钆和硝酸铁溶解到浓度为1.0～1.6mol/L的稀硝酸中，不断搅拌使其充分溶解，并水浴加热至60～80℃，在搅拌状态下加入络合剂和葡萄糖，然后加入硝酸锶和丙烯酰胺单体，搅拌均匀后，得到澄清、均匀的前驱体溶液，其中硝酸铋、硝酸钆、硝酸锶和硝酸铁的摩尔比例为0.7:0.3:y:1，且y＝0.05～0.25；

步骤二、调节前驱体溶液的pH值为2～3，并水浴加热至60～80℃，加热时间5～7h，直至溶液蒸干得到湿凝胶，然后静置8～14h；