[发明专利]一种混合价态稀土铁基氧化物块体材料的合成方法

说明书

本发明属于无机非金属功能陶瓷粉体材料领域，具体地涉及一种在亚稳态或非平衡条件下通过使用压力与放电击穿触发前驱体同步反应的烧结技术，实现亚稳态的混合价态的稀土铁基氧化物陶瓷材料合成与烧结一体化的方法。通过控制施加电流、压力的协同调控，并结合烧结模具设计、烧结时间控制、前驱体性状控制，可实现对该亚稳相材料体系形核与生长特性的精准调控，并进一步调控所合成陶瓷材料的物理性质。所制备块材料具有温致电荷有序转变特性，多铁性，热敏电阻特性以及压敏电阻特性；其在制备功能电子器件、传感器、热敏电阻、磁传感器件等方面具有可观的应用价值。

技术领域

本发明属于无机非金属功能陶瓷粉体材料领域，具体地涉及一种通过使用放电等离子体烧结技术，通过一步烧结获得亚稳态的混合价态的稀土铁基氧化物块体材料的方法，所制备块材料具有温致电荷有序转变特性，多铁性，热敏电阻特性以及压敏电阻特性；其在制备功能电子器件、传感器、热敏电阻、磁传感器件等方面具有可观的应用价值。

背景技术

稀土铁基混价态氧化物LnFe₂O₄(Ln＝Lu,Yb,Tm,Er,Ho,Dy,Y等)属于层状三角晶格，由于电子关联效应以及晶体几何结构具有电荷抑制的特性，从而导致电荷有序转变的发生[1-4]。这种有序结构与铁电性有着密切的关联，LuFe₂O₄的电荷有序转变伴随着显著的自发极化[5]，在电荷有序转变温度一下体现出铁电性[5-7]。亚稳态LnFe₂O₄明显的内部应力，通过调整Ln位的稀土原子的种类，可以控制内部应力从而调整电荷有序转变的温度。除了温度外，施加电场[8,9]或压力[10]亦可驱动有序无序转变。电荷有序无序转会导致晶体结构与电性能以及比热发生明显的改变，在c轴方向具有负热膨胀效应，相变点的电阻率对温度的一阶导数不连续[11,12]。LnFe₂O₄在低温下具有复杂的磁性性能，不同的Ln位稀土原子对应不同的磁性转变，包括反铁磁转变(Ln＝Y)[11]和亚铁磁转变(Ln＝Tm,Yb,Lu)[12]，而LuFe₂O₄在低温仍存在着复杂的磁性结构如自旋玻璃态[13]。从亚铁磁态到自旋玻璃态的转变，体现出低温下多种相互作用的竞争，即亚铁磁性与铁电性的竞争，使材料体现出多铁性。这一特性已经在LuFe₂O₄中观测，对同一体系的其他材料仍需要进一步研究，这种多铁性的半导体氧化物在电子器件方面存在着重要的应用价值。这一体系材料还可以扩展至LnFe₂O₄·(LnFeO₃)_n多层结构[14]，以及将Ln位稀土替换为与之原子半径相近的In或Sc等元素[15,16]，该体系的材料仍待进一步深入的研究。