[发明专利]一种制备铁电铁磁复合纳米纤维的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种新型铁电铁磁复合存储器材料的制备方法。

背景技术

铁电-铁磁复合材料是一种具有磁电转换功能的新材料，其磁电转换功能是通过铁电相与铁磁相的乘积效应实现的，这种乘积效应即磁电耦合效应。铁电-铁磁复合材料独特的磁电耦合效应为它开辟了广阔的应用前景，使其在微波领域、高压输电线路的电流测量、宽波段磁探测、磁场感应器、转换器、衰减器、过滤器、场探针，自旋阀及双态存贮器等领域有巨大的应用潜力，尤其在微波器件、高压电输送系统中电磁泄露的精确测量方面有很突出的优点。同时磁电耦合效应使得我们能够通过外加电场来控制材料的磁化状态，或者通过外加磁场来控制材料的极化状态。这使得我们在基于电荷序和自旋序设计的器件之外有了一个新的自由度来设计新器件，能促使微电子器件实现多功能化、集成化、微型化，可能给微电子技术和信息技术带来革命性的变化。美国学者Lisa Zygaields最近报道，如果用磁电复合材料取代现在硬盘的磁头材料，将使微电子集成电路加工工序至少减小100道，存储读取速度更快，同时生产成本更低。

近年来，磁电复合材料巨大的应用潜力已引起国内外广大科学工作者的密切关注，但目前对于铁电铁磁复合材料的研究主要集中在块体和薄膜材料中，对纳米纤维的报道很少。由于纳米纤维与传统的块状和薄膜材料相比具有高比模量、高比强度、比表面积大、结构致密、缺陷数量少、材料韧性好以及尺度容易控制等一系列优点，因此，研究具有磁电耦合性能的纳米纤维对实现材料的器件化有重大的促进作用。刘明等人采用阳极氧化铝模板法和电沉积相结合的方法制备出了磁电复合的纳米纤维，但采用的方法存在工艺过程复杂、需要镀电极、容易引入杂质且不能连续生产等缺点。因此，采用成本低廉、操作方便、工艺简单且能连续生产的方法来制备具有磁电耦合性能的铁电铁磁复合纳米纤维具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有磁电复合纳米纤维制备技术存在的工艺过程复杂、成本较高、容易引入杂质且不能连续生产等缺点，提供一种成本低廉、简单方便且连续生产的制备铁电铁磁复合纳米纤维的方法。

本发明的目的是通过以下工艺步骤实现的：

a.铁电前驱体溶液的配制：按照Pb(Zr_xTi_1-x)O₃分子式中摩尔比Pb∶Zr∶Ti为1∶x∶1-x称量醋酸铅、硝酸锆和钛酸四丁酯，将钛酸四丁酯和硝酸锆溶于乙二醇甲醚，加热搅拌至完全溶解；将醋酸铅溶于冰醋酸，加热搅拌至完全溶解，置于110-130℃烘箱中4-6分钟去结晶水，然后将醋酸铅溶液缓慢滴加到钛酸四丁酯和硝酸锆的乙二醇甲醚溶液中，滴加过程中搅拌并加热，乙二醇甲醚和冰醋酸的体积比控制在4.8-5.2∶1，得到澄清透明的溶液，将溶液静置3～7天后过滤得到Pb(Zr_xTi_1-x)O₃铁电前驱体溶液，其中X的范围为0.2≤X≤0.6，摩尔浓度优选为0.2～0.6mol/L；

b.铁磁前驱体溶液的配制：按照CoFe₂O₄-NiFe₂O₄分子式中摩尔比Co∶Fe为1∶2或Ni∶Fe为1∶2称量铁氧体的金属硝酸盐，溶于乙醇和水的混合溶液中，乙醇和水的体积比控制在1.8-2.2∶1左右，加入柠檬酸作为螯合剂，其摩尔数为金属阳离子的总摩尔数，将溶液搅拌均匀，液静置后过滤得到铁磁前驱体溶液，其摩尔浓度优选为0.2～0.6mol/L，聚乙烯吡咯烷酮优选的质量分数为0.02～0.04g/mL(PVP，Mw＝1,300,000)；

c.铁电铁磁复合溶液的配制：铁电前驱体溶液加入到铁磁前驱体溶液中，充分搅拌并加入乙醇胺调节溶液的PH值至3.5～4.0，再将溶于乙醇的聚乙烯吡咯烷酮溶液加入铁电铁磁复合溶液，其阳离子摩尔浓度优选为0.3～1.2mol/L；搅拌均匀得到电纺前驱体溶液。

d.静电纺丝制备铁电铁磁复合纳米纤维：将上述电纺前驱体溶液装入塑料注射器中，将镀铂硅衬底放在负极接收装置上，控制外加直流电压，蠕动泵推进速度、接收距离，得到含聚乙烯吡咯烷酮的铁磁铁电复合纳米纤维，其中外加的直流电压优选为10～30kV，蠕动泵推进速度优选为0.015～0.05ml/min，接收距离优选为10～30cm；