[发明专利]一种钬掺杂铁酸铋多铁材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机非金属材料领域，特别涉及一种稀土元素钬掺杂的铁酸铋多铁材料及其制备方法。

背景技术

磁性材料与电子材料的发展渗透于现代技术的各个领域，人们对集电性与磁性于一身的多铁材料的研究兴趣日益提高。铁酸铋BiFeO₃(简写为BFO)具有简单的ABO₃钙钛矿结构，室温下同时具有铁电性(居里温度为810℃)和弱的反铁磁性(尼尔温度为380℃)，是一种因结构参数的有序而导致铁电性和磁性同时存在并具有磁电耦合性质的多铁材料。铁酸铋的多功能性使器件设计的自由度增大，因而，BiFeO₃在信息存储、卫星通讯、精密控制、高压输电线路的电路测量、磁电传感器等领域有着广泛的应用前景。

早在1960年，研究人员就发现了BiFeO₃中共存的铁电性和磁性，但由于大的漏导使其铁电性在室温下很难饱和极化，大大限制了BiFeO₃的应用。随着脉冲激光沉积方法的成熟，BiFeO₃大的漏导问题已经基本解决，但其室温下弱的磁性却没有得到大的改善。因此，如何增强BiFeO₃的磁性是亟待解决的问题。

目前，国内外的研究人员尝试通过向BiFeO₃中掺杂其它元素的方法来改善BiFeO₃的磁性，包括用碱金属元素对BiFeO₃进行B位掺杂和用稀土元素对BiFeO₃进行A位掺杂两种方法。然而，现有技术中采用上述两种方法向BiFeO₃中掺入其它元素并未使BiFeO₃的磁性显著增强。B位掺杂方法还导致BiFeO₃的居里温度大大降低，从而限制了其在室温下的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种钬掺杂铁酸铋多铁材料。

本发明的另一目的是提供所述钬掺杂铁酸铋多铁材料的一种制备方法。

本发明的钬掺杂铁酸铋多铁材料的化学式为Bi_1-xHo_xFeO₃，0＜x≤0.15。

本发明提供的所述钬掺杂铁酸铋多铁材料的制备方法包括以下步骤：

(1)原料准备

按照钬掺杂铁酸铋的化学式Bi_1-xHo_xFeO₃(0＜x≤0.15)的计量比例称取硝酸铁、硝酸铋和硝酸钬，并量取物质的量为硝酸铁、硝酸铋和硝酸钬的物质的量之和的柠檬酸，准备足量的乙二醇；

(2)溶液的配制

按如下两种配制方式中的任意一种配制溶液：

(a)先将步骤(1)称取的硝酸铁、硝酸铋和硝酸钬分别溶于适量乙二醇中，搅拌至完全溶解，分别得到浓度为0.3～1.0mol/L的硝酸铁的乙二醇溶液、硝酸铋的乙二醇溶液和硝酸钬的乙二醇溶液；然后将所述硝酸钬的乙二醇溶液与所述硝酸铋的乙二醇溶液混合并搅拌，得到均匀的硝酸钬和硝酸铋的混合乙二醇溶液；再将所述硝酸钬和硝酸铋的混合乙二醇溶液与所述硝酸铁的乙二醇溶液混合并搅拌，得到均匀的硝酸钬、硝酸铋和硝酸铁的混合乙二醇溶液；最后向所述硝酸钬、硝酸铋和硝酸铁的混合乙二醇溶液中加入柠檬酸并搅拌，得到均匀的硝酸钬、硝酸铋、硝酸铁和柠檬酸的混合乙二醇溶液；

(b)先将步骤(1)称取的硝酸铋溶于足量乙二醇中，搅拌至完全溶解，得到浓度为0.1～0.3mol/L的硝酸铋的乙二醇溶液；然后向所述硝酸铋的乙二醇溶液中加入步骤(1)称取的硝酸钬，搅拌至完全溶解，得到均匀的硝酸钬和硝酸铋的混合乙二醇溶液；再向所述硝酸钬和硝酸铋的混合乙二醇溶液中加入步骤(1)称取的硝酸铁，搅拌至完全溶解，得到均匀的硝酸钬、硝酸铋和硝酸铁的混合乙二醇溶液；最后向所述硝酸钬、硝酸铋和硝酸铁的混合乙二醇溶液中加入柠檬酸并搅拌，得到均匀的硝酸钬、硝酸铋、硝酸铁和柠檬酸的混合乙二醇溶液；

(3)溶胶的制备

将步骤(2)制得的硝酸钬、硝酸铋、硝酸铁和柠檬酸的混合乙二醇溶液在40～80℃匀速搅拌1～3h，得到均一的钬掺杂铁酸铋溶胶；

(4)干凝胶的制备

将步骤(3)制得的钬掺杂铁酸铋溶胶在80～150℃静置干燥2～14天，得到钬掺杂铁酸铋干凝胶；

(5)热处理