[发明专利]一种多铁性铁酸铋纳米粒子及其制备方法

说明书

本发明提供了一种如式BiFe_1‑xCo_xO₃所示的多铁性铁酸铋纳米粒子，本申请还提供了多铁性铁酸铋纳米粒子的制备方法，其将原料混合，得到溶胶，将所述溶胶静置后得到凝胶，所述凝胶烘烤后得到干凝胶，最后煅烧，即得到掺杂钴的铁酸铋纳米多晶粉体。本申请制备的铁酸铋室温下具有铁电和铁磁性质，且制备方法步骤简单，纳米颗粒小，纯度高，成分均匀；与传统的固相反应相比，反应温度大大降低，使得漏电流减小，同时更节约能源。

技术领域

本发明涉及氧化物纳米多晶粉体的材料合成技术领域，尤其涉及一种多铁性铁酸铋纳米粒子及其制备方法。

背景技术

多铁性材料BiFeO₃(BFO)是目前研究最广的多铁性功能材料，这类材料具有奇特的内禀磁特性-电磁耦合性能。在电场作用下这类材料发生电极化的同时也会磁极化，从而可以利用电场调控磁场；反过来，在磁场作用下材料磁化的同时也会电极化，从而利用磁场调控电场。材料本身的铁电性和铁磁性可以相互调控，产生磁电耦合效应，在磁电传感器和信息存储领域有着广泛的应用前景。BFO晶体的结构为扭曲菱方钙钛矿ABO₃结构，其空间群属于R3c，晶格常数为有较高的铁电居里温度T_C～1103K和G型反铁磁奈尔温度T_N～643K；而且BiFeO₃半导体带隙相比其他半导体材料要窄，在铁电光伏领域也有很大应用潜力。

溶胶凝胶法是目前实验室中最常用的合成铁酸铋的方法之一。与磁控溅射法、脉冲激光沉积等物理法相比，溶胶凝胶法合成铁酸铋材料具有很多优点：(a)工艺过程简单，易于操作，不需要任何复杂的仪器设备也不需要高真空条件；(b)精确控制配置溶胶时的化学计量，在化学溶液中混合生成的组分在分子水平混合，成分分布非常均匀；(c)易于对化学组分进行调控和按照化学计量比掺杂。

但是，纯净BFO的制备有两个明显的问题需要解决：第一，制备过程中，高温煅烧会造成Bi³⁺挥发、Fe³⁺/Fe²⁺价态波动和氧空位的形成，使得BFO的漏电流密度很大，从而影响了它的铁电性能。因而，制备过程中温度不能太高；第二，由于BFO中相邻的过渡金属Fe³⁺自旋磁矩交替反转，形成波长62nm的[110]方向空间螺旋自锁结构，使得本身的铁磁性太弱，距离实际应用还有很大差距。所以，通过适当的方法，打破固有自旋螺旋结构尤为重要。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种多铁性铁酸铋纳米粒子及其制备方法，本申请制备的多铁性铁酸铋纳米粒子具有铁电性和铁磁性。

有鉴于此，本申请提供了一种如式(Ⅰ)所示的多铁性铁酸铋纳米粒子，

BiFe_1-xCo_xO₃ (Ⅰ)；

其中，x＝0～0.25；

所述多铁性铁酸铋纳米粒子的尺寸为50～90nm，为畸变的菱方相结构。

优选的，所述多铁性铁酸铋纳米粒子的晶体空间群为R3c，是纯净的单相，具有室温铁电铁磁性。

本申请还提供了所述的多铁性铁酸铋纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：

A)将铋源、铁源、钴源、醇类溶剂和弱酸溶剂混合，得到溶胶；所述铋源与所述钴源的摩尔比为1:(0～0.25)；

B)将所述溶胶静置，得到凝胶，将所述凝胶烘烤，得到干凝胶；

C)将所述干凝胶制成粉状后煅烧，得到多铁性铁酸铋纳米粒子。