[发明专利]单相多铁性M‑型锶铁氧体陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种单相多铁性M-型锶铁氧体陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

多铁性材料是一类新型多功能材料，它集铁电性能及铁磁性能于一体，并且在电与磁性能之间能够呈现出磁电耦合现象。它不但改善了单纯的铁电材料或铁磁材料缺点，此外又具备了磁与电的有序性。同时这种材料体系或其复合结构中，可以实现电与磁的共存与相互耦合。也就是说，在外界磁场的作用下，可以实现材料的电极化响应，或在外界电场作用下可以实现材料的磁自旋有序。这些材料的耦合性能为器件设计提供了很大的自由度，使它们可以研制成各类的传感器、换能器、驱动器及信息存储器。

磁铅石型锶铁氧体(SrFe₁₂0₁₉)因其原料价格低廉、耐氧化性能优异、具有较高的矫顽力、磁能积、单轴磁晶各向异性和较高的介电性能，而且在高频时具有较高的磁导率等优点，被广泛用作永磁材料、微波毫米波段材料、微波吸收材料和磁记录介质等，因此锶铁氧体体的开发利用是磁性材料工业中的一个重要发展方向。单相多铁性M-型锶铁氧体陶瓷材料，其特征在于其化学式为：SrFe₁₂O₁₉，六方晶系，空间群：P63/mmc，分子量：1061.68，而且单相多铁性M-型锶铁氧体陶瓷材料在室温下同时具有良好的铁电性和铁磁性，是一种可实用化的单相多铁性材料；同时通过JSPD卡片中我们能得到其基本信息，它具有(110)、(008)、(107)、(114)、(203)、(217)、(2，0，11)和(220)等晶面，倾向于c轴方向的(107)和(114)衍射峰的相对强度比其它的(112)和(200)衍射峰高，结果表明SrFe₁₂O₁₉陶瓷粉末颗粒是无取向生长。而且铁酸锶具有较高的饱和磁化强度(3450-3750，)和居里温度(高达456℃)。这些优良的特性都能使同时具有铁电性和铁磁性的单相M-型锶铁氧体(SrFe₁₂O₁₉)材料被应用于多铁性领域(通过电场来调控磁性就可以在未来高密度信息存储技术中解决目前由电流写入而造成的焦耳热能耗问题。通过磁场对电极化的控制也可使人们有更多的思维空间来设计传感、驱动、探测等功能器件)。

根据文献公开报道单相多铁性M-型铅铁氧体陶瓷材料同铁酸锶一样都具有优良的多铁性能,但由于其中含有有毒的金属元素Pb,大大限制了其应用和发展。同样研究最为广泛的铁酸铋在室温下具有铁电性(居里温度830℃)和弱的反铁磁性(尼尔温度380℃)，是一种因结构参数的有序而导致的铁电性和磁性同时存在和具有磁电耦合性质的多铁性材料。但由于其具有较大的漏电电流，使其铁电性难以达到饱和。单相多铁性M-型锶铁氧体铁酸锶的发现完美的解决了上述问题，为实现多铁性材料广泛应用提供了契机。

发明内容

本发明通过对上述问题的解决，使用现有的技术提供一种单相多铁性M-型锶铁氧体陶瓷材料及其制备方法，用该方法制备出的M-型锶铁氧体陶瓷在室温下同时具有非常好的铁电性和铁磁性。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：单相多铁性M-型锶铁氧体陶瓷材料，其特征在于其化学式为：SrFe₁₂O₁₉，属于六方晶系，空间群：P63/mmc，其晶粒分布均匀，平均晶粒：0.5～5μm，色泽：暗红色；其在室温下同时具有良好的铁电性和铁磁性。

所述的单相多铁性M-型锶铁氧体陶瓷材料的制备方法，包括有以下步骤：

1)按照摩尔比1：9.5称取锶盐和铁盐，其中锶盐溶于甘油中，形成锶的前驱体溶液，铁盐溶解于酒精与丙酮的混合溶液中，形成铁的前驱体溶液，称取聚乙二醇溶于氨水中，备用；

2)将步骤1)所得的锶的前驱体溶液和铁的前驱体溶液混合搅拌，加入氨水及聚乙二醇的混合液，使锶的前驱体溶液和铁的前驱体溶液混合得到悬浊溶液；步骤1)和2)都是在无水无氧的真空手套箱中进行，因为乙酰丙酮铁在空气中容易水解；步骤1)中的锶的前驱体溶液的制作方法是将锶盐溶于甘油中，在油浴内加热到200℃(恒温50分钟)，用来去除锶盐中的结晶水；

3)将步骤2)得到的悬浊溶液进行离心，倒掉上层液，将离心出的沉淀烘干，然后将烘干的沉淀在不同温度分两次进行煅烧，得到初始粉体；

4)将步骤3)得到的初始粉体研磨并压片，再进行高温烧结，得到产物；