專利名稱：一種鎳摻雜的鈦酸鉍鈉多鐵性材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎳摻雜的鈦酸鉍鈉多鐵性材料及其制備方法，屬于無機(jī)非 金屬材料領(lǐng)域。
技術(shù)背景磁性材料與電子材料的發(fā)展?jié)B透于現(xiàn)代技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域中，人們對(duì)集電與 磁性于一身的多鐵性材料研究興趣的日益提高。多鐵性材料是一種具有磁電轉(zhuǎn) 換功能的新材料，即具有磁電效應(yīng)，磁電效應(yīng)是一種典型的鐵性多功能耦合效 應(yīng)，給多鐵性材料施加一磁場(chǎng)可以產(chǎn)生相應(yīng)的電場(chǎng)，反之當(dāng)施加一定的電場(chǎng)可 以在多鐵性材料中誘導(dǎo)出相應(yīng)的磁場(chǎng)。這種多鐵性材料在信息存儲(chǔ)、衛(wèi)星通訊、 微波領(lǐng)域、精密控制、自旋電子器件、高壓輸電線路的電路測(cè)量、磁電傳感器 及電容-電感一體化器件方面等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，在基礎(chǔ)物理研究的方 面也具有極其重要的意義。目前，多鐵性材料已成為一種非常重要的功能材料， 引起了材料科學(xué)工作者的高度重視。然而，在自然界中存在的多鐵性材料非常少。據(jù)理論分析，允許磁性和鐵電性同時(shí)存在的點(diǎn)群僅有13個(gè)，除鐵酸鉍外，在室溫下同時(shí)具有鐵電性和磁性 的單相多鐵性材料則更為稀少。鈦酸鉍鈉本身具有良好的鐵電性，但不具有磁 性，因此，研究開發(fā)新的多鐵性材料在理論和實(shí)際應(yīng)用方面都具有極其重要的 意義。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡(jiǎn)單、成本低廉的鎳摻雜的鈦酸鉍鈉多鐵性 材料及其制備方法。本發(fā)明的鎳摻雜的鈦酸鉍鈉多鐵性材料，其化學(xué)式為Nao.5Bi。.5NiJVx03, 0<x^0.0125o本發(fā)明的鎳摻雜的鈦酸鉍鈉多鐵性材料的制備方法，采用的是水熱合成 法，具體步驟如下1)按欲合成的鎳摻雜鈦酸鉍鈉的化學(xué)式NaasBi^NiJlLxOs, 0<x^).0125，計(jì)量稱取硝酸鉍、硝酸鎳和硫酸鈦， 一起溶于質(zhì)量濃度為30%硝 酸水溶液，形成含有硝酸鉍、硝酸鎳和硫酸鈦的水溶液，并調(diào)節(jié)溶液中金屬離 子的濃度為0.05 0.40mol/L;2) 攪拌狀態(tài)下，向步驟l)制得的含有硝酸鉍、硝酸鎳和硫酸鈦的水溶液 中加入過量的氫氧化鈉水溶液中，將得到的沉淀過濾、洗滌，得到鉍、鎳、鈦 的羥基氧化物沉淀；3) 將得到的鉍、鎳、鈦的羥基氧化物沉淀及氫氧化鈉加入到反應(yīng)釜內(nèi)膽 中，用去離子水調(diào)節(jié)反應(yīng)釜內(nèi)膽中的反應(yīng)物料體積達(dá)到反應(yīng)釜內(nèi)膽容積的 70% 90%，攪拌至少10分鐘，其中鉍、鎳、鈦的羥基氧化物的摩爾體積分?jǐn)?shù) 為0.05 2mol/L,氫氧化鈉的摩爾體積分?jǐn)?shù)為6-12mol/L，摩爾體積分?jǐn)?shù)的體積 基數(shù)為所有弓I入反應(yīng)釜內(nèi)膽中的物料體積；4) 將步驟3)配置有反應(yīng)物料的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密封，在160 200。C下保溫2 24小時(shí)進(jìn)行水熱處理，然后讓反應(yīng)釜自然冷卻到室溫，卸釜 后，用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌反應(yīng)產(chǎn)物，過濾、烘干。本發(fā)明中，所說的反應(yīng)釜可采用聚四氟乙烯內(nèi)膽，不銹鋼套件密閉的反應(yīng)釜。本發(fā)明中，所說的硝酸鉍、硝酸鎳、硫酸鈦、氫氧化鈉和無水乙醇的純度 均不低于化學(xué)純。本發(fā)明制備過程步驟2)中，對(duì)加入過量的氫氧化鈉水溶液的濃度沒有特殊 要求。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明通過鎳摻雜使鈦酸鉍鈉獲得鐵磁性，從而成功地制得了一種同時(shí)具 有鐵電性和鐵磁性的鈦酸鉍鈉多鐵性材料。本發(fā)明采用水熱合成方法設(shè)備簡(jiǎn) 單，工藝條件容易控制，無污染，成本低廉，易于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的鎳摻 雜鈦酸鉍鈉多鐵性材料，在信息存儲(chǔ)、衛(wèi)星通訊、微波領(lǐng)域、精密控制、自旋 電子器件、高壓輸電線路的電路測(cè)量、磁電傳感器及電容-電感一體化器件方 面等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，在基礎(chǔ)物理研究的方面也具有極其重要的意 義。
圖1是鎳摻雜的鈦酸鉍鈉多鐵性材料的XRD圖譜；圖2是鎳摻雜的鈦酸鉍鈉多鐵性材料在室溫下的磁滯回線；圖3是鎳摻雜的鈦酸鉍鈉多鐵性材料在室溫下的電滯回線；具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。實(shí)施例11) 按欲合成的鎳摻雜鈦酸鉍鈉的化學(xué)式Na。.5Bi。.5NixTi"03，x^.0075，計(jì)稱取硝酸鉍、硝酸鎳和硫酸鈦， 一起溶于質(zhì)量濃度為30%硝酸水溶液，形成含 有硝酸鉍、硝酸鎳和硫酸鈦的水溶液，并調(diào)節(jié)溶液中金屬離子的濃度為 0.4mol/L;2) 攪拌狀態(tài)下，向步驟l)制得的含有硝酸鉍、硝酸鎳和硫酸鈦的水溶液 中加入過量的氫氧化鈉水溶液中，將得到的沉淀過濾、洗滌，得到鉍、鎳、鈦 的羥基氧化物沉淀；3) 將得到鉍、鎳、鈦的羥基氧化物沉淀及氫氧化鈉加入到反應(yīng)釜內(nèi)膽中， 用去離子水調(diào)節(jié)反應(yīng)釜內(nèi)膽中的反應(yīng)物料體積達(dá)到反應(yīng)釜內(nèi)膽容積的90%，攪 拌10分鐘，其中鉍、鎳、鈦的羥基氧化物的摩爾體積分?jǐn)?shù)為0.05mol/L，氫氧 化鈉的摩爾體積分?jǐn)?shù)為10mol/L，摩爾體積分?jǐn)?shù)的體積基數(shù)為所有引入反應(yīng)釜 內(nèi)膽中的物料體積；4) 將步驟3)配置有反應(yīng)物料的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密封，在160。C 下保溫24小時(shí)進(jìn)行水熱處理，然后讓反應(yīng)釜自然冷卻到室溫，卸釜后，用去 離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌反應(yīng)產(chǎn)物，過濾、烘干，得到鎳摻雜的鈦酸鉍鈉粉 體。其XRD圖譜見圖1;磁滯回線見圖2，其磁化強(qiáng)度為0.5Xl(r3emu/g;電滯 回線見圖3，其剩余極化強(qiáng)度為6.5uC/cm2。實(shí)施例21) 按欲合成的鎳摻雜鈦酸鉍鈉的化學(xué)式Nao.5Bi。.5NiJVx03,x^.0025，計(jì) 量稱取硝酸鉍、硝酸鎳和硫酸鈦， 一起溶于質(zhì)量濃度為30%硝酸水溶液，形成 含有硝酸鉍、硝酸鎳和硫酸鈦的水溶液，并調(diào)節(jié)溶液中金屬離子的濃度為 0.05mol/L;2) 攪拌狀態(tài)下，向步驟l)制得的含有硝酸鉍、硝酸鎳和硫酸鈦的水溶液 中加入過量的氫氧化鈉水溶液中，將得到的沉淀過濾、洗滌，得到鉍、鎳、鈦 的羥基氧化物沉淀；3) 將得到鉍、鎳、鈦的羥基氧化物沉淀及氫氧化鈉加入到反應(yīng)釜內(nèi)膽中， 用去離子水調(diào)節(jié)反應(yīng)釜內(nèi)膽中的反應(yīng)物料體積達(dá)到反應(yīng)釜內(nèi)膽容積的70%，攪 拌10分鐘，其中鉍、鎳、鈦的羥基氧化物的摩爾體積分?jǐn)?shù)為2mol/L，氫氧化 鈉的摩爾體積分?jǐn)?shù)為6mol/L，摩爾體積分?jǐn)?shù)的體積基數(shù)為所有引入反應(yīng)釜內(nèi)膽 中的物料體積；4)將步驟3)配置有反應(yīng)物料的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密封，在200。C下保溫12小時(shí)進(jìn)行水熱處理，然后讓反應(yīng)釜自然冷卻到室溫，卸釜后，用去 離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌反應(yīng)產(chǎn)物，過濾、烘干，得到鎳摻雜的鈦酸鉍鈉粉 體。室溫下其磁化強(qiáng)度為0.2xl0—3emu/g;剩余極化強(qiáng)度為4.5uC/cm2。 實(shí)施例31) 按欲合成的鎳摻雜鈦酸鉍鈉的化學(xué)式Na。.5Bic.5NixTi^03，x^.0125，計(jì) 量稱取硝酸鉍、硝酸鎳和硫酸鈦， 一起溶于質(zhì)量濃度為30%硝酸水溶液，形成 含有硝酸鉍、硝酸鎳和硫酸鈦的水溶液，并調(diào)節(jié)溶液中金屬離子的濃度為 0.3mol/L;2) 攪拌狀態(tài)下，向步驟l)制得的含有硝酸鉍、硝酸鎳和硫酸鈦的水溶液 中加入過量的氫氧化鈉水溶液中，將得到的沉淀過濾、洗滌，得到鉍、鎳、鈦 的羥基氧化物沉淀；3) 將得到鉍、鎳、鈦的羥基氧化物沉淀及氫氧化鈉加入到反應(yīng)釜內(nèi)膽中， 用去離子水調(diào)節(jié)反應(yīng)釜內(nèi)膽中的反應(yīng)物料體積達(dá)到反應(yīng)釜內(nèi)膽容積的80%，攪 拌10分鐘，其中鉍、鎳、鈦的羥基氧化物的摩爾體積分?jǐn)?shù)為lmol/L，氫氧化 鈉的摩爾體積分?jǐn)?shù)為12mol/L，摩爾體積分?jǐn)?shù)的體積基數(shù)為所有引入反應(yīng)釜內(nèi) 膽中的物料體積；4) 將步驟3)配置有反應(yīng)物料的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密封，在180。C 下保溫12小時(shí)進(jìn)行水熱處理，然后讓反應(yīng)釜自然冷卻到室溫，卸釜后，用去 離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌反應(yīng)產(chǎn)物，過濾、烘干得到鎳摻雜的鈦酸鉍鈉粉體。 室溫下其磁化強(qiáng)度為0.3x1 (T3emu/g;剩余極化強(qiáng)度為3.0uC/cm2。
權(quán)利要求
1.一種鎳摻雜的鈦酸鉍鈉多鐵性材料，其特征在于它的化學(xué)式為Na0.5Bi0.5NixTi1-xO3，0＜x≤0.0125。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳摻雜的釹酸鉍鈉多鐵性材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟1) 按欲合成的鎳摻雜鈦酸鉍鈉的化學(xué)式NacsBi^NixTiLxCb, 0<X$0.0125，計(jì)量稱取硝酸鉍、硝酸鎳和硫酸鈦， 一起溶于質(zhì)量濃度為30%硝 酸水溶液，形成含有硝酸鉍、硝酸鎳和硫酸鈦的水溶液，并調(diào)節(jié)溶液中金屬離 子的濃度為0.05 0.40mol/L;2) 攪拌狀態(tài)下，向步驟l)制得的含有硝酸鉍、硝酸鎳和硫酸鈦的水溶液 中加入過量的氫氧化鈉水溶液中，將得到的沉淀過濾、洗滌，得到鉍、鎳、鈦 的羥基氧化物沉淀；3) 將得到的鉍、鎳、鈦的羥基氧化物沉淀及氫氧化鈉加入到反應(yīng)釜內(nèi)膽 中，用去離子水調(diào)節(jié)反應(yīng)釜內(nèi)膽中的反應(yīng)物料體積達(dá)到反應(yīng)釜內(nèi)膽容積的 70%~90%，攪拌至少10分鐘，其中鉍、鎳、鈦的羥基氧化物的摩爾體積分?jǐn)?shù) 為0.05~2mol/L，氫氧化鈉的摩爾體積分?jǐn)?shù)為6-12mol/L，摩爾體積分?jǐn)?shù)的體積 基數(shù)為所有弓I入反應(yīng)釜內(nèi)膽中的物料體積；4) 將步驟3)配置有反應(yīng)物料的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密封，在160 200。C下保溫2 24小時(shí)進(jìn)行水熱處理，然后讓反應(yīng)釜自然冷卻到室溫，卸釜 后，用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗漆反應(yīng)產(chǎn)物，過濾、烘干。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳摻雜的鈦酸鉍鈉多鐵性材料的制備方法，其特 征是反應(yīng)釜為聚四氟乙烯內(nèi)膽，不銹鋼套件密閉的反應(yīng)釜。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳摻雜的鈦酸鉍鈉多鐵性材料的制備方法，其特 征是所說的硝酸鉍、硝酸鎳、硫酸鈦、氫氧化鈉和無水乙醇的純度均不低于化 學(xué)純。
全文摘要
本發(fā)明公開的鎳摻雜的鈦酸鉍鈉多鐵性材料，其化學(xué)式為Na<sub>0.5</sub>Bi<sub>0.5</sub>Ni<sub>x</sub>Ti<sub>1-x</sub>O<sub>3</sub>，0＜x≤0.0125。制備方法包括制備鎳、鉍和鈦的羥基氧化物沉淀作為反應(yīng)物料，加入適宜濃度的氫氧化鈉促進(jìn)晶化，于160-200℃下，水熱反應(yīng)得到摻鎳鈦酸鉍鈉多鐵性材料。本發(fā)明制得的鎳摻雜鈦酸鉍鈉多鐵材料同時(shí)具有鐵電性和鐵磁性，且工藝過程簡(jiǎn)單，無污染，成本低，易于規(guī)模化生產(chǎn)。鎳摻雜的鈦酸鉍鈉多鐵性材料具有良好的鐵電性和較強(qiáng)的鐵磁性，在信息存儲(chǔ)、衛(wèi)星通訊、微波領(lǐng)域、精密控制、自旋電子器件、高壓輸電線路的電路測(cè)量、磁電傳感器及電容-電感一體化器件方面等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，在基礎(chǔ)物理研究的方面也具有極其重要的意義。
文檔編號(hào)C01G29/00GK101229930SQ200810059490
公開日2008年7月30日 申請(qǐng)日期2008年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月24日
發(fā)明者張溪文, 剛 徐, 杜丕一, 鴿 沈, 王永剛, 翁文劍, 趙高凌, 韓高榮 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)