[发明专利]一种Co掺杂的具有奥里维里斯结构的多铁性陶瓷及其制备方法

说明书

本发明提供了一种新型Co掺杂的SrBi₂Nb_1.8Fe_0.2O_8.8多铁性陶瓷材料。本发明还提供了该陶瓷材料的制备方法：分别采用了SrCO₃、Bi₂O₃、Nb₂O₅、Fe₂O₃和Co₂O₃为原料制备；对粉体进行球磨，在750‑850^oC预烧3‑5小时，过筛和成型，最终在995‑1080℃温度下烧结2‑4小时，得到了单相的具有奥里维里斯结构的SrBi₂Nb_1.8‑xFe_0.2Co_xO_8.8‑x多铁性陶瓷材料。本发明所制备的单相多铁性奥里维里斯化合物陶瓷材料制备工艺简单，原料廉价，生产成本低。通过Co离子的掺杂之后，由于引入了更多的双交换相互作用，使材料从室温下弱的反铁磁转变成为了铁磁性的材料。

技术领域

本发明属于多铁性陶瓷材料技术领域，涉及一种新型Co掺杂的SrBi₂Nb_1.8Fe_0.2O_8.8有奥里维里斯结构的多铁性陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

近些年以来，伴随着电子信息产业的快速崛起和迅猛发展，人们对器件的集成化和多功能化提出了更高的要求；同时由于数据信息爆炸式的增长，具有高速度、大容量的信息存储介质材料也逐渐成为业界研究和探索的热点领域。多铁性材料就是这样一种可以运用在高密度存储领域的多功能材料，其通常同时具有铁电性，铁磁性和铁弹性等中两者或者两者以上的性质,并且能实现铁电序与铁磁序或铁弹序之间相互耦合和相互调控。多铁材料有助于传感器和磁性存储器件的小型化和多功能化，为发展新的多功能器件提供了可能，因此成为材料学研究的重点领域之一。

SrBi₂Nb₂O₉陶瓷材料属于奥里维里斯化合物中一种具有代表性的材料，居里温度在440^oC左右，具有较高的电阻率和较小的损耗，拥有优异的抗疲劳特性和温度稳定性，在居里温度处的介电常数可以达到1432，压电系数为16pC/N。在奥里维里斯化合物中，随着成层数的增加，材料的纯相合成的难度也会随之上升，而层数为2的SrBi₂Nb₂O₉陶瓷纯相材料可以较容易的合成，并且具有高的重复性，这一特点也为未来的应用和大批量生产提供了基础。

在之前的工作中，我们已经发现将Fe³⁺引入SrBi₂Nb₂O₉陶瓷中的时候，会取代Ti⁴⁺的位置，使材料从单纯的铁电材料转变成为一个多铁性材料。但是此种掺杂也会带来诸多缺点，例如受到固溶度的限制，过量掺杂会产生杂相，而单一的过渡金属掺杂在提高磁性能方面并不明显。所以我们就通过Co³⁺的引入，使材料中出现多种双交换相互作用，从而使材料出现铁磁性能，这也为材料的进一步的应用提供了可能性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型Co掺杂的SrBi₂Nb_1.8Fe_0.2O_8.8有奥里维里斯结构的多铁性陶瓷材料及其制备方法，在具有优异的铁电性能和弱的反铁磁性能SrBi₂Nb_1.8Fe_0.2O_8.8料中，通过过渡金属Co离子的掺杂，使材料在室温下从一个弱的反铁磁性转变成为铁磁性。

为达成上述提到的性能，本发明采用如下技术方案：