[发明专利]一种铬酸盐和三氧化二铬多铁性纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及自旋电子材料领域，特别涉及一种铬酸盐和三氧化二铬多铁性纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

近二十年来，由于自旋电子学的研究在全世界范围掀起了一股热潮。其中，铁磁/反铁磁体系的交换偏置效应在自旋电子学的发展过程中起了关键作用，是研制自旋阀、磁存储器、自旋晶体管等自旋电子器件的基础。此外，本世纪初发展起来的多铁性材料，即同时表现出铁电(反铁电)和铁磁(反铁磁)或铁弹有序性能的材料。利用这种材料中电极化和磁化之间的耦合作用，可实现外磁场对铁电极化或外电场对磁化状态的调控，为研制新型的磁电器件提供了新的途径。2008年，M.Bibes等人在《Nat.Mater》(2008年第7期，P425-426)上报道基于多铁性材料中铁磁/反铁磁的交换偏置效应，提出了新型四态逻辑的磁电存储器，突破了传统上基于单一模式进行读写的存储器模式，在未来信息存储领域表现出更广阔的市场应用前景。因此，对具有交换偏置效应的多铁性纳米材料的研究，引起了国际上的高度关注。

目前，具备交换偏置材料的反铁磁铁电体/铁磁体复合材料，主要有BiFeO₃/CoFe，Cr₂O₃/Co和YMnO₃/NiFe等，主要集中在反铁磁铁电体和铁磁金属的复合系统。然而，对全氧化物的铁磁/反铁磁多铁性纳米复合材料的研究较少。在反铁磁氧化物材料中，Cr₂O₃的居里温度高于室温(T_N＝313K)，是研制室温磁电器件的重要候选材料，铬酸盐氧化物，如：CoCr₂O₄、NiCr₂O₄、CuCr₂O₄等是近年来发现的典型的多铁性材料，在研制磁传感器、微波器件和光电子器件方面具有广阔的应用前景。研制基于铬酸盐和三氧化二铬多铁性纳米复合材料并表现出交换偏置效应，将为研制基于全氧化物的四态逻辑磁电存储器和光电子器件提供了材料基础。然而，对铬酸盐和三氧化二铬多铁性纳米复合材料普适的制备方法，国内和国外的文献中均没有记载。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术中没有铬酸盐和三氧化二铬多铁性纳米复合材料的制备方法，提供了一种铬酸盐和三氧化二铬多铁性纳米复合材料的化学制备方法，由该方法制备出的铬酸盐和三氧化二铬纳米复合材料，可表现出显著的磁交换偏置效应。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种铬酸盐和三氧化二铬多铁性纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

A.配置含铬的过渡金属离子混合溶液：选取过渡金属硝酸盐作为原材料，碳酸氢氨作为沉淀剂，其中硝酸铬作为反铁磁三氧化二铬Cr₂O₃的离子源，过渡金属硝酸盐作为多铁性铬酸盐氧化物MCr₂O₄的离子源，其中，M表示磁性过渡金属，按摩尔比称取过渡金属硝酸盐和硝酸铬溶于去离子水中，配置出金属离子混合溶液；

B.按化学计量比将碳酸氢氨溶于去离子水中，在不断搅拌下，将步骤A配置的金属离子混合溶液滴入到碳酸氢铵溶液中，形成沉淀；

C.将步骤B形成的沉淀多次过滤洗涤，然后在烘箱中干燥，直到得到干燥的粉体，将所得到所述粉体置于电炉300℃～500℃预烧3～6小时；

D.将步骤C预烧后的粉体在空气中高温烧结，从而形成铬酸盐和三氧化二铬多铁性纳米复合材料。

对上述技术方案的优选方案为，步骤A中，按摩尔比称取过渡金属硝酸盐和硝酸铬溶于去离子水中，其中铬离子与过渡金属离子化学摩尔比为100∶1～2∶1，配置出铬离子浓度为0.2～0.6mol/L的金属离子混合溶液。

对上述技术方案优选的为，所述步骤B中，按化学计量比将碳酸氢氨溶于去离子水中时，碳酸氢氨应过量10％～40％，配置成0.4～0.8mol/L的溶液。

对上述技术方案进一步优选的为，所述步骤C中，电炉温度控制在300℃～500℃，所述预烧时间为3～6小时。

更加优选的技术方案为，所述步骤C中，温度控制在350℃～450℃，所述预烧时间为4～5小时。

对上述技术方案更进一步优选的为，所述步骤D中，烧结温度为600℃～1100℃。

对上述技术方案再又进一步优选的为，所述步骤D中，将步骤C预烧后的粉体在氧气中高温烧结。

进一步再优选的技术方案为，所述过渡金属硝酸盐为硝酸铜、硝酸镍或硝酸钴中的任意一种。