[发明专利]单相多铁材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一类层状单相多铁材料以及制备材料的方法。

背景技术

多铁材料是在临界温度下同时表现出磁有序和电有序行为的一类材料，由于在信息存储、自旋器件以及传感器上有着潜在的巨大运用价值而备受关注。到目前为止，单相多铁材料的种类依然十分缺乏。在已知的多铁材料中，BiFeO₃是最受关注的多铁材料之一，这主要是因为它具有很高的铁电有序和磁有序转变温度(T_C^e＝1123K，T_N^m＝643K)。从技术角度上来说，室温以上的磁电耦合温度是材料可以实际运用的至关重要的因素。然而，到目前为止，已发现的室温多铁材料的种类屈指可数，并且大都局限于钙钛矿氧化物中。结构对物质性质的影响是不言而喻的，不同结构的多铁材料具有的物理性能不同，并且结构的多样性为理论研究提供了丰富的模型。

发明内容

本发明的目的在于提供一类非钙钛矿结构的单相多铁材料以及制备该材料的方法。

本发明提供的技术方案如下：

通式为ABM₂O₅的化合物，其中A为Na，K，Rb，Cs的一种或多种；B为Bi，Pb的一种或多种；M为Mn，Fe，Co，Ni，Cu的一种或多种。

一种单相多铁材料，该材料具有层状结构，其特征在于，所述材料的通式为ABM₂O₅，其中A为Na，K，Rb，Cs的一种或多种；B为Bi，Pb的一种或多种；M为Mn，Fe，Co，Ni，Cu的一种或多种；铁电性源自6s²孤对电子的A(Bi³⁺、Pb²⁺)离子，铁磁性源自四配位的M离子间相互作用形成的G-type型反铁磁自旋排列促使自旋发生倾斜从而产生净磁矩。

如上所述单相多铁材料的水热制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将含A、B和M的反应原料按照摩尔比1∶1∶2加入水中混合并搅拌均匀，得到混合溶液；

2)向上述混合溶液中加入KOH或NaOH，使所述溶液碱度达到5mol/L以上，搅拌使混合物均匀混合；

3)待上述混合物冷却至室温后，转移至反应釜中，填充度为低于80％，在393-533K烘箱中反应1-7天后将反应釜冷却至室温，并卸压；

4)将合成样品用去离子水清洗，并在超声波振荡器中进行超声处理，得到样品。步骤1)所用反应原料中，A源、B源、M源分别是该元素的可溶性盐或氧化物。进一步，步骤4)之后，把所得样品放到烘箱中烘干。

如上所述单相多铁材料的高温固相制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

a)将含A、B和M的反应原料按照摩尔比1∶1∶2混合并研磨均匀；

b)将混合物在673-1273K的温度范围内加热2-12小时；

c)将上述混合物淬火至室温；

d)将上述混合物用稀酸浸泡，然后再用去离子水清洗，并在超声波振荡器中进行超声处理，得到样品。

步骤a)所用反应原料中，A源、B源、M源分别是该元素的氧化物或碳酸盐。

进一步，步骤d)之后，把所得样品放到烘箱中烘干。

所述步骤d)中的稀酸为稀硝酸，稀硫酸，稀醋酸等。

本发明采用传统的高温固相反应以及温和简便的水热法来制备单相的ABM₂O₅多铁材料。高温固相反应操作简便、制得样品量大，但是样品均为粉末样品；而水热法制得的样品质量较好并且具有规则的形貌。该体系中KBiFe₂O₅的磁电转变温度均在室温以上，反铁磁转变温度在550K左右，铁电转变温度在780K左右。通过在300K和2K时磁滞回线的测试，样品均表现出磁滞现象，并有较大的矫顽力(800Oe和1200Oe)，表明样品在低于磁转变点时有自发磁化现象。通过介电测量，发现样品在780K左右时存在介电异常的峰，表明样品在较高温度下具有铁电性。其他样品也表现出类似的性质，只是转变温度各有不同而已。该类多铁材料的合成为多铁材料(尤其是室温多铁材料)更多新体系的发现提供了很好的参照。这类多铁材料在信息存储、自旋器件以及传感器方面有广阔的应用前景。

附图说明

图1为实施例1所制备的KBiFe₂O₅材料粉末XRD和单晶模拟XRD图；