[发明专利]一种双层织构化钴铁氧体－锆钛酸铅多铁性复合膜材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合磁电多铁性材料领域，具体提供一种双层织构化钴铁氧体－锆钛酸铅（CoFe₂O₄-Pb(Zr_xTi_1-x)O₃）多铁性复合膜材料以及制备方法。

背景技术

磁电多铁性材料不仅具有铁电性和铁磁性，而且表现出二者之间的耦合，即磁场可以诱导电极化，同时，电场也可以引起磁信号的变化。磁电多铁性材料由于其特殊的性能，在未来的存储器件领域具有极其巨大的应用前景，如可以作为电写入、磁读出存储材料，以及实现多态存储等。

自然界存在的单相磁电材料有如Cr₂O₃、BiFeO₃、YMnO₃等，但大多数单相材料由于居里点或奈尔点低于室温，或者是磁电耦合系数太小而无法投入实际的应用。

目前能够获得大的磁电耦合系数的多铁性材料一般是复合材料，是将具有磁致伸缩性能的磁性材料（如CoFe₂O₄和NiFe₂O₄等）和具有压电性能的铁电材料（如BaTiO₃和Pb(Zr,Ti)O₃等）通过不同的方式复合而成。基于著名的乘积效应理论，磁电转换的过程分为两步：即在磁场的作用下磁致伸缩材料产生弹性形变，弹性形变导致压电材料端电压的变化，施加电场作用下亦然。

复合材料形态一般有以下三种：1-3柱状结构、0-3颗粒复合结构和2-2叠层结构，由于铁电介质层的阻挡，2-2型复合材料可以从根本上消除多铁性复合材料中漏电流大的问题，但其铁电/铁磁相的有效耦合面积相对较小，因此探索得到大的磁电耦合系数显得十分必要。

模板晶粒生长(Templated Grain Growth,TGG)是一种采用晶粒定向技术制备织构化陶瓷的方法。陶瓷材料的织构化可以提高材料的各向异性，使其具有类似于晶体的特性，运用TGG技术首先是要制备出模板晶粒，一般采用熔盐法等工艺合成片状或棒状等形状的模板晶粒，再将模板晶粒作为晶种混合到陶瓷浆料中，通过陶瓷生坯的成型过程，使模板晶粒规则排列，再通过高温烧结，制备出陶瓷晶粒沿模板晶粒择优生长的织构化陶瓷。

发明内容

本发明的目的在于提供制备一种双层织构化钴铁氧体－锆钛酸铅多铁性复合膜材料。

本发明在已授权发明专利（CN200510122647.2）关于多层多铁性复合材料的基础上，提出使用TGG方法制备双层织构化多铁性复合材料，以在不改变材料种类的前提下大幅度提高材料的磁电耦合特性。

本发明包括首先制备出具有模板定向排列的铁电层和铁磁层坯体，再将二者共烧制备出双层均具有织构化结构的织构化多铁性复合材料。至今还未有相关的技术方案被公布。

本发明的另一目的在于提供一种制备上述双层织构化钴铁氧体－锆钛酸铅多铁性复合膜材料的方法，具有应用范围广的特点。

一种双层织构化钴铁氧体－锆钛酸铅多铁性复合膜材料，由织构化CoFe₂O₄膜层和织构化Pb(Zr_xTi_1-x)O₃膜层构成，0≤x≤0.52。

制备所述双层织构化钴铁氧体－锆钛酸铅多铁性复合膜材料的方法，包括如下步骤：

1）将CoFe₂O₄粉体、Pb(Zr_xTi_1-x)O₃粉体分别溶解于溶剂中，添加消泡剂、分散剂和粘结剂进行改性，经过二步球磨工艺，制备出固含量为40wt%～70wt%的CoFe₂O₄流延前驱浆料和Pb(Zr_xTi_1-x)O₃流延前驱浆料，0≤x≤0.52；