[发明专利]单相多铁性M‑型铅铁氧体陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种单相多铁性M-型铅铁氧体陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

多铁性材料集铁电、铁磁和铁弹等性能为一体，具有独特的多场(力、电、磁、热和光)之间的耦合作用，呈现出很多的重要的耦合性能，如磁电、压电、热释电和压磁效应等，是重要的先进功能材料。这些材料的耦合性能为器件设计提供了很大的自由度，使它们可以研制成各类的传感器、换能器、驱动器及信息存储器，应用于航天、汽车工业、生物、医学、信息等技术领域，在国际上引起了广泛的关注。

具有磁铅石结构的六角M-型铅铁氧体自1952年J.L.Went等首次合成以来，因其制备成本低和具有较高的磁积能而逐渐成为最常用的氧化物永磁体之一。铁氧体PbFe₁₂O₁₉的晶体结构属于六角晶系，是一类比较复杂的晶体结构。JSPD卡片中报到的晶格常数分别和PbFe₁₂O₁₉陶瓷粉末的XRD图片显示出是六方结构，能从标准的六方PbFe₁₂O₁₉卡片中完整的检索出(110)、(112)、(107)、(114)、(200)、(203)和(2，0，11)晶面。倾向于c轴方向的(107)和(114)衍射峰的相对强度比其它的(112)和(200)衍射峰高，结果表明PbFe₁₂O₁₉陶瓷粉末颗粒是无取向生长。由于M-型铅铁氧体内在的晶体结构决定了其具有较高的居里温度、较大的饱和磁化强度、良好的化学稳定性和抗腐蚀性等特点，从而引起了人们对M-型铅铁氧体的广泛关注。

根据文献公开报道铁酸铋在室温下具有铁电性(居里温度830℃)和弱的反铁磁性(尼尔温度380℃)，是一种因结构参数的有序而导致的铁电性和磁性同时存在和具有磁电耦合性质的多铁性材料。但是由于铁酸铋大的漏电使其铁电性在室温下很难饱和极化，同时铁酸铋的铁磁性非常微弱，大大限制了它的应用。因此如何发现一种在室温下同时具有较大的铁电和铁磁性并能够替代铁酸铋的多铁性材料是目前最需要解决的关键技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种单相多铁性M-型铅铁氧体陶瓷材料及其制备方法，用该方法制备出的M-型铅铁氧体陶瓷在室温下同时具有非常好的铁电性和铁磁性。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：单相多铁性M-型铅铁氧体陶瓷材料，其特征在于其化学式为：PbFe₁₂O₁₉，六方晶系，空间群：P63/mmc，分子量：1181.2610，所述的单相多铁性M-型铅铁氧体陶瓷材料在室温下同时具有良好的铁电性和铁磁性，是一种可实 用化的单相多铁性材料；其晶粒分布均匀，平均晶粒：1～5μm，色泽：暗红色至红褐色，将来同时具有铁电性和铁磁性的单相M-型铅铁氧体PbFe₁₂O₁₉)材料被应用于多铁性领域(如多铁性电子元器件，多铁性储存器等)都在本专利的权利要求范围内。

所述的单相多铁性M-型铅铁氧体陶瓷材料的制备方法，包括有以下步骤：

1)按照摩尔比1：8～12称取铅盐和铁盐，其中铅盐溶于甘油中，形成铅的前驱体溶液，铁盐溶解于酒精与丙酮的混合溶液中，形成铁的前驱体溶液，称取聚乙二醇溶于氨水中，备用；

2)将步骤1)所得的铅的前驱体溶液和铁的前驱体溶液混合搅拌6～8h，加入氨水及聚乙二醇的混合液，使铅的前驱体溶液和铁的前驱体溶液混合得到悬浊溶液；

3)将步骤2)得到的悬浊溶液进行离心，倒掉上层液，将离心出的沉淀烘干，然后将烘干的沉淀在不同温度分两次进行煅烧，得到初始粉体；

4)将步骤3)得到的初始粉体研磨并压片，再进行高温烧结，得到产物；

5)将步骤4)得到的产物放入船形坩埚，然后将船形坩埚放入氧气气氛的炉内退火，退火完成后涂上电极继续放入氧气气氛的炉内退火，直到退火完成。

按上述方案，所述的铅盐为醋酸铅、氯化铅或硝酸铅。

按上述方案，所述的铁盐为乙酰丙酮铁、硝酸铁或氯化铁。

按上述方案，所述的聚乙二醇的分子量为2000～20000。