專(zhuān)利名稱(chēng)：一種xSrTiO₃-(1-x)CoFe₂O₄復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種XSrTiO3-(I-X)CoFe2O4復(fù)合材料及其制備方法,屬于復(fù)合多鐵性材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在多鐵性材料研究領(lǐng)域，性能単一的陶瓷材料很難滿足現(xiàn)代器件的要求，于是出現(xiàn)了復(fù)合多鐵性材料，并且成為了研究熱點(diǎn)?，F(xiàn)有技術(shù)中，多鐵性材料多為顆粒復(fù)合。這ー類(lèi)顆粒復(fù)合材料是將具備鐵磁致伸縮相和鐵電壓電相的納米顆粒均勻復(fù)合，通過(guò)燒結(jié)過(guò)程形成多鐵性復(fù)合陶瓷材料。這種制備方法的優(yōu)點(diǎn)是材料配比簡(jiǎn)單，成本低，材料的磁電耦合系數(shù)較高。缺點(diǎn)是分子水平均勻性不強(qiáng)，粒度較大，復(fù)合溫度很高，反應(yīng)不易進(jìn)行完全。2010年武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院宋輝、吳國(guó)偉等人利用高溫固相顆粒復(fù)合法制備得到BaTiO3-CoFe2O4復(fù)合陶瓷材料。由于其制備過(guò)程的燒結(jié)溫度很高，爐子達(dá)不到其溫度，導(dǎo)致 樣品存在很多孔洞，致密性不夠好，并且樣品存在一定的漏電流，而且在宋輝等人文章中沒(méi)有對(duì)復(fù)合陶瓷的磁性能進(jìn)行深入分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種XSrTiO3-(I-X) CoFe2O4復(fù)合材料。本發(fā)明的目的還在于提供ー種XSrTiO3-(I-X)CoFe2O4復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明的復(fù)合材料，其鐵電性能和鐵磁性能較單相陶瓷有了一定的改變。制備方法簡(jiǎn)化了復(fù)合步驟，有效的減少了外界因素影響，降低了材料復(fù)合溫度。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的。經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，申請(qǐng)人確定了復(fù)合材料的組成。具體的，本發(fā)明的復(fù)合材料具有以下組成x SrTiO3-(1-x) CoFe2O4，式中，X取值為0. 5或0.6或 0. 7 或 0. 8 或 0. 9。由于鈦酸鋇和鈦酸鍶都屬于鈣鈦礦ABO3結(jié)構(gòu)，性能類(lèi)似；并且溶膠凝膠法的合成溫度比固相法低，可以短時(shí)間獲得分子水平的均勻性，粉體能夠達(dá)到納米級(jí)別，基于以上所述，設(shè)想利用鈦酸鍶代替鈦酸鋇與鐵酸鈷復(fù)合，并且利用溶膠凝膠法便可以制備出本發(fā)明的復(fù)合材料。更確切講，本發(fā)明的制備方法是改進(jìn)的溶膠凝膠法，以硝酸鍶、檸檬酸、硝酸鈷、鈦酸丁酯、無(wú)水こ醇、冰醋酸、硝酸鐵為原料。具體的，本發(fā)明的X SrTiO3-(I-X)CoFe2O4復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟(I)按物質(zhì)的量之比為I : I將硝酸鍶和檸檬酸混合并溶于去離子水中，充分?jǐn)嚢? 15min,以IOmin最佳,形成朽1檬酸鹽溶液；(2)在燒杯中先加入無(wú)水こ醇，然后倒入冰醋酸，輕微攪拌，最后加入鈦酸丁酯形成鈦酸丁酯醇溶液，其中，無(wú)水こ醇、冰醋酸、鈦酸丁酯三者物質(zhì)的量之比為10 : I : 3，由于無(wú)水こ醇易揮發(fā)，稱(chēng)量無(wú)水こ醇可適當(dāng)多一點(diǎn)，將步驟(I)所得檸檬酸鹽溶液與鈦酸丁酯醇溶液充分混合攪拌20 40min，以30min最佳，至淡黃色透明，得到鈦酸鍶溶液；(3)配制鐵酸鈷溶液
將硝酸鐵、硝 酸鈷溶于去離子水中，最后加入一定量的檸檬酸，三者的物質(zhì)的量之比為硝酸鈷硝酸鐵檸檬酸=1:2: 2，充分?jǐn)嚢? 15min，以IOmin最佳，制得棕紅色鐵酸鈷溶液；(4)將步驟⑵所得到的鈦酸鍶溶液倒入步驟(3)配制的鐵酸鈷溶液中，在室溫下攪拌20 40min,以30min最佳,至澄清淺紅色,初步形成溶膠；(5)將溶膠置于水浴鍋40°C 80°C初歩失水形成凝膠，水浴溫度以50°C最佳，然后陳化I小時(shí)形成干凝膠；(6)把干凝膠放入干燥箱中烘干得到前軀體，將前軀體在900°C 1100°C下煅燒，煅燒溫度以1000°c最佳，可得到XSrTiO3-(I-X)CoFe2O4復(fù)合材料粉體。本發(fā)明取得的有益成果如下本發(fā)明制備出了具備鐵磁性和鐵電性的XSrTiO3-(I-X)CoFe2O4復(fù)合材料。該復(fù)合陶瓷較単相陶瓷在鐵電性和鐵磁性有了一定的改變。該制備方法簡(jiǎn)化了復(fù)合的步驟，有效的避免了顆粒復(fù)合的外界影響因素，并且其鐵電性能較單相的SrTiO3有了提高，得到了趨于飽和的電滯回線，其鐵磁性能隨著鐵酸鈷的含量的増加出現(xiàn)了規(guī)律性，這些都有助于復(fù)合材料的實(shí)際應(yīng)用。


圖I是XSrTiO3-(I-X)CoFe2O4系列樣品的晶體結(jié)構(gòu)圖。圖2是XSrTiO3-(I-X)CoFe2O4系列樣品的電滯回線圖。圖3是XSrTiO3-(I-X)CoFe2O4系列樣品的磁滯回線圖。
具體實(shí)施例方式下面的實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例I當(dāng)X = 0. 5吋，制備鈦酸鍶與鐵酸鈷復(fù)合比例為I : I的SrTiO3-CoFe2O4復(fù)合粉體。制備過(guò)程如下(I)將0. 04mol硝酸鍶和0. 04mol檸檬酸溶于去離子水，充分?jǐn)嚢鐸Omin形成檸檬
酸鹽溶液；(2)在燒杯中先加入46. 3ml無(wú)水こ醇,然后倒入4. 63ml冰醋酸,輕微攪拌,最后加入13. 89ml鈦酸丁酯形成鈦酸丁酯醇溶液，將步驟(I)所得檸檬酸鹽溶液和鈦酸丁酯醇溶液充分混合攪拌30min至淡黃色透明，即可得到鈦酸鍶溶液；(3)配制鐵酸鈷溶液，將0. 04mol硝酸鈷、0. 08mol硝酸鐵溶于去離子水中，再加入0. 08mol檸檬酸，充分?jǐn)嚢鑜Omin，得棕紅色鐵酸鈷溶液；(4)將步驟⑵所得到的鈦酸鍶溶液倒入步驟(3)得到的鐵酸鈷溶液中，在室溫下攪拌30min,至澄清淺紅色,初步形成溶膠；(5)將溶膠置于水浴鍋50°C初歩失水形成凝膠，然后陳化I小時(shí)形成干凝膠。(6)把干凝膠放入干燥箱中烘干得到前軀體，將前軀體在1000°C下煅燒后可得到SrTiO3-CoFe2O4復(fù)合材料粉體。X射線分析表明，復(fù)合陶瓷同時(shí)含有立方相的鈦酸鍶和鐵酸鈷的衍射峰，沒(méi)有其它雜相生成。實(shí)施例2方法按實(shí)施例I的進(jìn)行，但是不同的是燒結(jié)溫度為900°C。X射線分析表明，復(fù)合陶瓷初步形成立方相的鈦酸鍶和鐵酸鈷的衍射峰，但是存在Fe2O3雜相，這是因?yàn)闊Y(jié)溫度不夠。實(shí)施例3當(dāng)X = 0. 9時(shí)，制備鈦酸鍶與鐵酸鈷復(fù)合比例為9 : I的0. 9SrTi03-0. ICoFe2O4復(fù) 合粉體。過(guò)程如下(I)將0. 036mol硝酸銀和0. 036mol朽1檬酸溶于去離子水,充分?jǐn)嚢鐸Omin形成朽1
檬酸鹽溶液；(2)先加入41. 6ml無(wú)水こ醇,然后倒入4. 16ml冰醋酸,輕微攪拌,最后加12. 50ml鈦酸丁酯形成鈦酸丁酯醇溶液，將步驟(I)所得檸檬酸鹽溶液和鈦酸丁酯醇溶液充分混合攪拌30min至淡黃色透明，即可得到鈦酸鍶溶液；(3)配制鐵酸鈷溶液，將0. 004mol硝酸鈷、0. 008mol硝酸鐵溶于去離子水中，再加入0. 008mol檸檬酸，充分?jǐn)嚢鑜Omin，得棕紅色鐵酸鈷溶液；(4)將步驟⑵所得到的鈦酸鍶溶液倒入步驟(3)得到的鐵酸鈷溶液中，在室溫下攪拌30min,至澄清淺紅色,初步形成溶膠(5)將溶膠置于水浴鍋50°C初歩失水形成凝膠，然后陳化I小時(shí)形成干凝膠。(6)把干凝膠放入干燥箱中烘干得到前軀體，將前軀體在1000°C下煅燒后可得到0. 9SrTi03-0. ICoFe2O4 復(fù)合材料粉體。X射線分析表明，復(fù)合陶瓷同時(shí)含有立方相的鈦酸鍶和鐵酸鈷的衍射峰，鐵酸鈷的衍射峰較弱，沒(méi)有其它雜相生成。實(shí)施例4當(dāng)X = 0. 8時(shí)，制備鈦酸鍶與鐵酸鈷復(fù)合比例為8 2的0. 8SrTi03_0. 2CoFe204復(fù)合粉體。(I)將0. 032mol硝酸銀和0. 032mol朽1檬酸溶于去離子水,充分?jǐn)嚢鐸Omin形成朽1檬酸鹽溶液；過(guò)程如下(2)在燒杯中先加入37. Oml無(wú)水こ醇，然后倒入3. 70ml冰醋酸，輕微攪拌，最后加入11. Ilml鈦酸丁酯形成鈦酸丁酯醇溶液，將步驟(I)所得檸檬酸鹽溶液和鈦酸丁酯醇溶液充分混合攪拌30min至淡黃色透明，即可得到鈦酸鍶溶液；(3)配制鐵酸鈷溶液，將0. 008mol硝酸鈷、0. 016mol硝酸鐵溶于去離子水中，再加入0. 016mol檸檬酸，充分?jǐn)嚢鑜Omin，得棕紅色鐵酸鈷溶液；(4)將步驟⑵所得到的鈦酸鍶溶液倒入步驟(3)得到的鐵酸鈷溶液中，在室溫下攪拌30min,至澄清淺紅色,初步形成溶膠(5)將溶膠置于水浴鍋50°C初歩失水形成凝膠，然后陳化I小時(shí)形成干凝膠。(6)把干凝膠放入干燥箱中烘干得到前軀體，將前軀體在1000°C下煅燒后可得到0. 8SrTi03-0. 2CoFe204 復(fù)合材料粉體。 X射線分析表明，復(fù)合陶瓷同時(shí)含有立方相的鈦酸鍶和鐵酸鈷的衍射峰，鐵酸鈷的衍射峰較弱，沒(méi)有其它雜相生成。
實(shí)施例5當(dāng)X = 0. 7時(shí)，制備鈦酸鍶與鐵酸鈷復(fù)合比例為7 3的0. 7SrTi03_0. 3CoFe204復(fù)合粉體。過(guò)程如下(I)將0. 028mol硝酸銀和0. 028mol朽1檬酸溶于去離子水,充分?jǐn)嚢鐸Omin形成朽1
檬酸鹽溶液；(2)在燒杯中先加入32. 4ml無(wú)水こ醇，然后倒入3. 24ml冰醋酸，輕微攪拌，最后加入9. 72ml鈦酸丁酯形成鈦酸丁酯醇溶液，將步驟(I)所得檸檬酸鹽溶液和鈦酸丁酯醇溶液充分混合攪拌30min至淡黃色透明，即可得到鈦酸鍶溶液；(3)配制鐵酸鈷溶液，將0. 012mol硝酸鈷、0. 024mol硝酸鐵溶于去離子水中，再加入0. 024mol檸檬酸，充分?jǐn)嚢鑜Omin，得棕紅色鐵酸鈷溶液；
(4)將步驟⑵所得到的鈦酸鍶溶液倒入步驟(3)得到的鐵酸鈷溶液中，在室溫下攪拌30min,至澄清淺紅色,初步形成溶膠(5)將溶膠置于水浴鍋50°C初歩失水形成凝膠，然后陳化I小時(shí)形成干凝膠。(6)把干凝膠放入干燥箱中烘干得到前軀體，將前軀體在1000°C下煅燒后可得到0. 7SrTi03-0. 3CoFe204 復(fù)合材料粉體。X射線分析表明，復(fù)合陶瓷同時(shí)含有立方相的鈦酸鍶和鐵酸鈷的衍射峰，鐵酸鈷的衍射峰較弱，沒(méi)有其它雜相生成。實(shí)施例6當(dāng)X = 0. 6時(shí)，制備鈦酸鍶與鐵酸鈷復(fù)合比例為6 4的0. 6SrTi03_0. 4CoFe204復(fù)合粉體。過(guò)程如下(I)將0. 024mol硝酸鍶和0. 024mol檸檬酸溶于去離子水，充分?jǐn)嚢鐸Omin形成檸
檬酸鹽溶液；(2)在燒杯中先加27. 7ml無(wú)水こ醇，然后倒入2. 77ml冰醋酸，輕微攪拌，最后加入
8.33ml鈦酸丁酯形成鈦酸丁酯醇溶液，將步驟(I)所得檸檬酸鹽溶液和鈦酸丁酯醇溶液充分混合攪拌30min至淡黃色透明，即可得到鈦酸鍶溶液；(3)配制鐵酸鈷溶液，將0. 016mol硝酸鈷、0. 032mol硝酸鐵溶于去離子水中，再加入0. 032mol檸檬酸，充分?jǐn)嚢鑜Omin，得棕紅色鐵酸鈷溶液；(4)將步驟⑵所得到的鈦酸鍶溶液倒入步驟(3)得到的鐵酸鈷溶液中，在室溫下攪拌30min,至澄清淺紅色,初步形成溶膠(5)將溶膠置于水浴鍋50°C初歩失水形成凝膠，然后陳化I小時(shí)形成干凝膠。(6)把干凝膠放入干燥箱中烘干得到前軀體，將前軀體在1000°C下煅燒后可得到
0.6SrTi03-0. 4CoFe204 復(fù)合材料粉體。X射線分析表明，復(fù)合陶瓷同時(shí)含有立方相的鈦酸鍶和鐵酸鈷的衍射峰，鐵酸鈷的衍射峰較弱，沒(méi)有其它雜相生成。
權(quán)利要求
1.ー種XSrTiO3-(I-X)CoFe2O4復(fù)合材料，其特征在于式中，x取值為0. 5或0. 6或0. 7或 0. 8 或 0. 9。
2.—種XSrTiO3-(I-X)CoFe2O4復(fù)合材料的制備方法,其特征在于包括以下步驟 (1)按物質(zhì)的量之比為I: I將硝酸鍶和檸檬酸混合并溶于去離子水中，充分?jǐn)嚢? 15min，形成檸檬酸鹽溶液； (2)在燒杯中先加入無(wú)水こ醇，然后倒入冰醋酸，輕微攪拌，最后加入鈦酸丁酷形成鈦酸丁酯醇溶液，其中，無(wú)水こ醇、冰醋酸、鈦酸丁酯三者物質(zhì)的量之比為10 I 3，將步驟(I)所得檸檬酸鹽溶液與鈦酸丁酯醇溶液充分混合攪拌20 40min，至淡黃色透明，得到鈦酸銀溶液； (3)配制鐵酸鈷溶液 將硝酸鐵、硝酸鈷溶于去離子水中，最后加入一定量的檸檬酸，三者的物質(zhì)的量之比為硝酸鈷硝酸鉄檸檬酸=I 2 2，充分?jǐn)嚢? 15min，制得棕紅色鐵酸鈷溶液； (4)將步驟(2)所得到的鈦酸鍶溶液倒入步驟(3)配制的鐵酸鈷溶液中，在室溫下攪拌20 40min,至澄清淺紅色,初步形成溶膠； (5)將溶膠置于水浴鍋40°C 80°C初歩失水形成凝膠，然后陳化I小時(shí)形成干凝膠； (6)把干凝膠放入干燥箱中烘干得到前軀體，將前軀體在溫度900°C 1100°C下煅燒后，得到XSrTiO3-(I-X)CoFe2O4復(fù)合材料粉體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于步驟⑴攪拌lOmin。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于步驟(2)攪拌30min。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于步驟(3)攪拌lOmin。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于步驟(4)攪拌30min。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于步驟(5)水浴溫度50°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于步驟(6)煅燒溫度1000°C。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具備鐵磁性和鐵電性的xSrTiO3-(1-x)CoFe2O4復(fù)合材料及其制備方法。式中，x取值為0.5或0.6或0.7或0.8或0.9。該復(fù)合陶瓷較單相陶瓷在鐵電性和鐵磁性有了一定的改變。本發(fā)明的制備方法是改進(jìn)的溶膠凝膠法，以硝酸鍶、檸檬酸、硝酸鈷、鈦酸丁酯、無(wú)水乙醇、冰醋酸、硝酸鐵為原料。制備方法簡(jiǎn)化了復(fù)合的步驟，有效的避免了顆粒復(fù)合的外界影響因素，降低了材料復(fù)合溫度。并且其鐵電性能較單相的SrTiO3有了提高，得到了趨于飽和的電滯回線；其鐵磁性能隨著鐵酸鈷的含量的增加出現(xiàn)了規(guī)律性，這些都有助于復(fù)合材料的實(shí)際應(yīng)用。
文檔編號(hào)C04B35/624GK102643088SQ20121012877
公開(kāi)日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月27日
發(fā)明者李寧, 王占才, 王衛(wèi)輕, 郭革新 申請(qǐng)人:河北師范大學(xué)