[发明专利]铁酸镓纳米纤维、铁酸镓纳米纤维的制造方法和用途

说明书

本发明涉及铁酸镓纳米纤维、铁酸镓纳米纤维的制造方法和用途。铁酸镓纳米纤维是具有室温单相多铁性的铁电性与铁磁性铁酸镓纳米纤维丝，其组成化学式为Ga_xFe_2‑xO₃，x的数值范围为0.6‑1.0，铁酸镓纳米纤维丝的直径在300nm以下。方法包括以下步骤：采用溶胶凝胶法配制铁酸镓前躯体溶液；将充分陈化的铁酸镓前躯体溶液进行静电纺丝，获得具有第一纤维结构直径的铁酸镓前躯体纤维丝；将铁酸镓前躯体纤维丝进行热处理，得到铁酸镓纳米纤维丝，铁酸镓纳米纤维丝具有室温单相多铁性的铁电性与铁磁性并具有第二纤维结构直径，第二纤维结构直径在300nm以下。铁酸镓纳米纤维丝，室温下兼具铁电、铁磁性能，可用于电子设备。

技术领域

本发明涉及铁酸镓的技术领域，尤其是涉及铁酸镓纳米纤维、铁酸镓纳米纤维的制造方法和用途。

背景技术

众所周知，铁电性通过铁电晶体中原子位移形成的自发极化实现数字信息的存储；与此相对，铁磁性通过铁磁材料中电子自旋的有序排列实现信息的存储。磁电耦合多铁性材料(Magnetoelectric coupling multiferroics)是指同时具有铁电性（电序）和铁磁性（磁序）的化合物。多铁性材料具有以下特点：（1）铁电、铁磁二性共存，电荷有序与自旋有序存在较强关联耦合；（2）通过调控电场来改变磁极化状态，应用到高密度的信息存储器当中，可以减小产生的焦耳热。磁电材料的应用将有助于解决这类存储器高能耗的问题，实现低能耗、快速存储、处理等功能；（3）多铁性材料具有电荷、自旋两个自由度，通过外加电场和磁场对它们分别进行控制，可用来设计研制三进制或四进制存储器件，实现信息的高密度存储。多铁性材料的上述优点使得其受对于非易失性存储、磁传感器、可调微波设备和自旋电子设备等具有极大的应用前景。

在过渡金属氧化物中，电极化需要满足d电子轨道的电子为0，而长程磁有序需要满足d电子轨道有部分电子存在。因此，原则上铁电性与长程磁有序是很难在同一个材料体系中共存并且相互调控的。所以使得单相多铁材料非常稀少，而且其往往受限于反铁磁有序和低温条件，使其在实际器件中的应用面临巨大挑战。目前研究最多的多铁材料就是BiFeO₃材料，但它也存在铁磁性弱以及漏电流较大的缺点，因此需要寻找一种新型的多铁材料。

Ga_xFe_2-xO₃是一种室温压电性、低温亚磁性材料，由于Fe³⁺与Ga³⁺半径相近，使得两种离子可以随机地分布在四个阳离子位，当Fe离子过量时，过量的Fe离子可能会取代Ga2位置的Ga离子，相邻Fe离子在Fe1与Ga2位之间相当强的反铁磁性超交换相互作用可能增强了亚铁磁自旋排序，增强了铁磁性，因此通过调整Fe、Ga化学计量比，可以将其磁转变温度提升到室温以上，因此Ga_xFe_2-xO₃是一种潜在的室温单相多铁材料，近年来也引起了人们越来越多的关注。但是目前有公开Ga_xFe_2-xO₃材料能够在室温下具有铁磁性，但是压电性能不符合非易失性存储、磁传感器、可调微波设备和自旋电子设备等的要求。

中国发明专利CN101410331B公开了一种磁性材料，其具有对应于 ε-Fe₂O₃的结晶结构的X射线衍射峰，包含用 Ga³⁺ 离子取代ε-Fe₂O₃结晶的部分 Fe³⁺离子位而成的ε-Ga_xFe_2-xO3的结晶，其中，0＜X＜1，并包含通过TEM照相测定的平均粒子体积为20000nm³以下的微细粉末粒子。上述方案得到的ε-Ga_xFe_2-xO3的粉末粒子的压电性能不符合非易失性存储、磁传感器、可调微波设备和自旋电子设备等的要求。

现有技术中也有将铁酸镓材料做成薄膜，但是薄膜受基底的约束，也会明显影响材料的铁电性能。