[发明专利]具有多铁性能的五层层状结构的钛铁钴酸锶铋陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有多铁性能的五层层状结构的钛铁钴酸锶铋陶瓷材料及其制备方法，该方法用溶胶凝胶自燃烧法，将钛源、锶源、铋源、铁源、钴源按摩尔比在硝酸溶液中混合，加入适量络合剂柠檬酸，得到澄清溶胶；将溶胶油浴搅拌及恒温干燥制成干凝胶；将干凝胶加热并保温制得粉体，将粉体经预合成、压片、烧结，得到化学式为Sr_xBi_6‑xFe_1‑x/2Co_1‑x/2Ti_3+xO₁₈的五层层状结构的钛铁钴酸锶铋多铁陶瓷材料，制得的产品在室温下具有良好铁电性和铁磁性。该工艺合理高效，样品制备温度远远低于现行固相烧结工艺的制备温度，降低了能耗，非常便于产业化生产。

技术领域

本发明属于多铁氧化物陶瓷材料领域，具体涉及一种具有多铁性能的五层层状结构的钛铁钴酸锶铋陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

单相多铁材料是指包含两种或两种以上基本铁性的单相化合物，其基本铁性包括铁电性（反铁电性），铁磁性（反铁磁性）和铁弹性，且彼此之间存在耦合作用，如磁电效应、磁介电效应等。这些效应，可以为设备的设计和应用提供附加的一个自由度，可以广泛用于转换器、传感器和存储设备等，在器件小型化和多功能化方面表现出极为诱人的应用前景。然而，目前发现和研究的多铁材料大多数只在低温下表现出铁电性和磁性的共存，而且这类材料普遍存在漏电流大、磁电效应不明显等问题。

近年来，满足Bi_n+1Fe_n-3Ti₃O_3n+3（n为类钙钛矿的层数）通式的奥里维里斯(Aurivillius)相的铋系层状钙钛矿氧化物材料引起人们的关注，其特殊的层状结构和较大的容许度为离子掺杂提供了空间，是一种具有潜在应用价值的单相多铁材料。从结构上来看，这类材料的是由铋氧层(Bi₂O₂)²⁺和类钙钛矿层(Bi_n-1Fe_n-3Ti₃O_3n+1)^2-沿着c轴交替排列生长而成。其中，铋氧层具有绝缘层和空间电荷库的作用，能够有效降低多铁材料的漏电流。当n取五时，即获得典型的五层结构的Bi₆Fe₂Ti₃O₁₈，该材料的铁电居里温度973K，反铁磁尼尔温度160K。研究中发现，这类样品在铁电性能上总是存在极化强度不够强，较大的漏电等问题；其磁性能在室温下通常表现为顺磁态，这就大大限制了其实际应用，因此提高该类材料的铁电性和铁磁性成为研究重点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有多铁性能的五层层状结构的钛铁钴酸锶铋陶瓷材料及其制备方法，以优化Aurivillius型层状陶瓷的铁电性能和铁磁性能。

实现本发明目的的技术解决方案为：