[发明专利]具有磁介电效应的多铁性复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于一种以成分为特征的陶瓷组合物，特别涉及一种具有磁介电耦合效应的无铅多铁性颗粒复合陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的进步，对器件的小型化、集成化的要求越来越高，因此发展具有两种或两种以上功能的新材料具有重要的价值。多铁材料由于同时具有磁性和电性并相互耦合，在传感器或换能器制备领域具有广泛的应用而备受重视。磁介电效应与电子铁电性及磁电效应一样,是多铁性材料的重要物理特性。磁介电效应MDE(Magneto-dielectric Effect)定义是：多铁性材料在居里温度（铁磁相变点）附近产生介电常数的突变，或者在居里温度以下产生随磁场变化的介电常数改变。磁介电效应的表征公式为：

MDE(%)=[ε(H)-ε(0)]/ε(0)×100%

ε(H)和ε(0)分别为有磁场和无磁场时的介电常数。磁介电材料由于涉及磁学和电学及两者的交叉,对实验和理论研究都提出了一系列新的问题。近几年磁介电材料引起了国内外专家的极大关注。

目前多铁材料主要分为单相化合物多铁材料和复相混合物多铁材料，由于具有本征单相多铁化合物比较稀少且其居里温度低，近年来复相多铁材料引起了广泛关注。第一个复合材料体系BaTiO₃-CoFe₂O₄在20世纪70年代被报道，其后，一系列BaTiO₃、Pb(Zr_0.5Ti_0.5)O₃系复合材料体系相继被研究。如ArifD Sheikh等人制备的0.15NFO-0.85PMN-PT复合材料具有4.54%的磁介电效应（In“Effect of the piezomagnetic NiFe₂O₄ phase on the piezoelectric Pb(Mg_1/3Nb_2/3)_0.67Ti_0.33O₃ phase in magnetoelectric composites”,Smart Mater.Struct.,2009,18:065014);S.Y.Tan等人获得了0.5MgFe₂O₄-0.5BaTiO₃体系在7KOe磁场下的磁介电效应为0.466%(In“Synthesis and characterization of composite MgFe₂O₄-BaTiO₃ multiferroic system”,J.Appl.Phys.,2008,103:094105)。但是这些材料体系大多含有有毒物质，对环境污染严重。开发无铅无毒的新复合材料体系具有重要的意义。

铌酸钠（NaNbO₃）基压电材料室温下展示出高自发极化、高介电常数和高压电系数。此外，尖晶石结构铁酸镍（NiFe₂O₄）材料因具有高的电阻率和高的压磁系数被广泛应用于多铁性复合材料体系的开发中。本发明所涉及的多铁性复合陶瓷材料是首次提出，目前国内外未见相关报道。

发明内容

本发明的目的，是提供一种具有良好的电学性能、磁性能及磁介电效应的无铅、无毒的新型多铁性复合材料体系及其制备方法。本发明以Na₂CO₃、Nb₂O₅、NiO和Fe₂O₃为原料，采用固相法制备具有磁介电效应的多铁性复合陶瓷材料。

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种具有磁介电效应的多铁性复合陶瓷材料，其化学式为NaNbO₃-NiFe₂O₄，摩尔比为1:1；

该复合陶瓷材料的制备方法，具有如下步骤：

（1）将Na₂CO₃和Nb₂O₅、NiO和Fe₂O₃按化学计量式NaNbO₃和NiFe₂O₄，摩尔比为1:1进行配料；以料：去离子水：锆球的质量比为1:1:1.5的比例加置于聚酯罐中，球磨4~24小时；