[发明专利]一种单层正交结构磁电多铁陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种单层正交结构磁电多铁陶瓷及其制备方法，该陶瓷的晶格参数如下：化学式：LaFe_0.5Co_0.5O₃（LCFO），分子量：244.29；晶系：正交晶系；空间群：pbnm；a：5.521(9)Å;b:5.530(0)Å;c:7.812(7)Å;α=β=γ=90^o;体积：238.5(69)；先制备LaFe_0.5Co_0.5O₃（LCFO）的前驱粉末，再将前驱粉末制备所述陶瓷。本发明大大降低了单层多铁陶瓷的制备温度，所得陶瓷样品的磁性能显著提高，致密度高，微观颗粒大小均匀，且工艺流程简单稳定，烧结温度低，反应周期短，原料无毒，更具有环境协调性。

技术领域

本发明是关于一种具有单层状钙钛矿结构的同时具有铁电、铁磁性能的正交结构的铁钴酸镧陶瓷及其制备方法，属于氧化物陶瓷材料制备。

背景技术

单相多铁材料是同一相中同时呈现出铁电性、铁磁性或者铁弹性三者中的至少两个铁性的材料。该类材料的多铁特性在多功能电子器件、新型的信息存储、磁电调控传感器表现出巨大的应用前景。自然界无多铁性材料依靠人工合成，然而绝大部分单相多铁材料由于电子的竞争需求不同无法在室温下同时拥有铁磁性和铁电性，限制了其应用范围，故人工合成的室温多铁性材料引起了人们的关注。

理想的钙钛矿结构为立方结构，满足空间群Pm3m，在ABO₃钙钛矿型复合氧化物结构中：ABO₃结构对A位和B位元素离子半径和价态具有相当大的容忍能力。通常A位离子为稀土金属离子，B位离子为过渡金属离子。A为较大的阳离子，与12个O配位，位于立方体的中心。B为较小的阳离子，与6个O配位，位于6个O组成的八面体中心。即占据着由氧离子形成的全部氧八面体空隙，因此必须具备A离子较大、B离子较小的先决条件。A离子和氧离子共同构成近似立方密堆积，每个氧离子有6个阳离子连接，位于立方体的棱边。A位和B位也可进行各种化学取代与掺杂，以调变其物理性质。比如，对A位进行碱土金属或碱金属离子掺杂或对B位进行过渡金属离子掺杂，会使材料的晶格结构、能带结构、电子结构等发生变化，赋予其丰富的磁、电性能。可以说，ABO3型的复合氧化物是开发强关联电子体系磁、电功能材料的“万能母体”，使得人们对其显示出巨大的研究热情。

BiFeO₃(BFO)是一种典型的常温单相多铁材料。为ABO₃型钙钛矿结构，Bi³⁺位于A位点，B位点被磁性过渡金属离子Fe³⁺所占据。但目前已知的BFO制备过程中会产生大量氧空位和铁离子价电子的波动，BFO具有较高的漏电流。通常ABO₃型钙钛矿A位用稀土元素取代会大大提高电性能，同时BiFeO₃样品磁性源于Fe-O-Fe的耦合作用故为了提高样品的磁性，采用不同的磁性离子，如：Co，Ni等取代Fe离子形成Fe-O-Co/Fe-O-Ni等形成亚铁磁耦合提高了样品室温下的磁性能。故用La占据A位，B位用Co³⁺部分取代Fe³⁺制备的LaFe_0.5Co_0.5O₃具有良好的多铁性能。目前已知的文献中所制备LaFe_0.5Co_0.5O₃陶瓷样品均为立方结构表现出反铁磁性，而对于的晶格畸变成正交结构后表现出很强的铁磁性能，其所属空间群为Pbnm的陶瓷样品也未曾报道。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种单层正交结构磁电多铁陶瓷LaFe_0.5Co_0.5O₃(LCFO)，该陶瓷表现出很强的铁磁性能(2Mr＝3.84emu/g)。