專利名稱：一種鏑摻雜BiFeO₃多鐵性塊體陶瓷及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鏑(Dy)摻雜Bii^eO3多鐵性塊體陶瓷及其制備方法，具體地說，涉及一種在A位摻雜Dy的Bii^eO3多鐵性塊體陶瓷及其制備方法；屬于功能陶瓷領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對器件小型化的要求越來越高，這就需要發(fā)展同時具有兩種或兩種以上功能的新材料，以研制能同時實(shí)現(xiàn)多種功能的新型器件。Bii^eO3是唯一一種在室溫同時表現(xiàn)出鐵電性和反鐵磁性的多鐵性材料，其鐵電居里溫度Tc約為830°C，反鐵磁奈爾溫度Tn約為370°C。然而由于Bii^eO3具有空間調(diào)制自旋結(jié)構(gòu)，螺旋周期為約為62nm， 這一調(diào)制結(jié)構(gòu)導(dǎo)致離子磁矩相互抵消，使Bii^eO3難以表現(xiàn)出宏觀磁矩，目前，利用現(xiàn)有技術(shù)制備得到的BWeO3塊體陶瓷均具有反鐵磁性，這在很大程度上限制了 BWeO3塊體陶瓷的應(yīng)用；另一方面由于Bi3+的揮發(fā)以及!^3+價態(tài)波動(Fe3+ —狗2+)導(dǎo)致BWeO3的漏電流大，從而限制了其應(yīng)用。在Bii^eO3中摻雜稀土元素可破壞Bii^eO3的螺旋狀自旋磁結(jié)構(gòu)，使Bii^eO3 產(chǎn)生宏觀磁化，并可有效抑制Bi3+的揮發(fā)及!^3+價態(tài)波動，從而提高BWeO3的鐵電性，然而， 目前有關(guān)制備Dy摻雜BWeO3多鐵性塊體陶瓷來提高BWeO3的鐵電特性方面的報道較少， 且制備得到的Dy摻雜BWeO3多鐵性塊體陶瓷均為反鐵磁性，尚未見具有鐵磁性的Dy摻雜 BiFeO3多鐵性塊體陶瓷的相關(guān)報導(dǎo)。發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中Dy摻雜Bii^eO3多鐵性塊體陶瓷的制備方法少，以及尚無具有鐵磁性的Dy摻雜BWeO3多鐵性塊體陶瓷及其制備方法的缺陷，本發(fā)明的目的之一在于提供一種Dy摻雜Bii^eO3多鐵性塊體陶瓷的制備方法，所述制備方法制備得到的Dy摻雜Bii^eO3 多鐵性塊體陶在室溫下具有鐵磁性或反磁性，且無雜相、鐵電性好。
本發(fā)明的目的之二在于提供一種Dy摻雜Bii^eO3多鐵性塊體陶瓷，所述塊體陶瓷具備鐵磁性，且無雜相、鐵電性好。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
一種Dy摻雜Bii^eO3多鐵性塊體陶瓷的制備方法，所述方法按照以下步驟進(jìn)行
步驟一、依照欲合成的Dy摻雜Bii^eO3多鐵性塊體陶瓷材料的化學(xué)式BihDyxFeO3, χ = 0. 03 0. 20，按1-x χ 1的物質(zhì)的量比分別稱取Bi (NO3) 3 · 5H20、Dy2O3和 Fe (NO3) 3 · 9H20，且以 Bi(NO3)3 · 5H20 的物質(zhì)的量為 100% 計(jì)，Bi(NO3)3 · 5H20 的物質(zhì)的量過量5%，以補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)過程中Bi3+的揮發(fā)，將所述Bi (NO3)3 · 5H20在65 85°C下溶解于冰醋酸得到溶液1，將所述Dy2O3溶解于濃度< 50%的稀硝酸水溶液得到溶液2，將所述 Fe (NO3) 3 · 9H20溶解于水得到溶液3。
其中，所述Bi (NO3) 3 · 5H20、Dy2O3 和 Fe(NO3)3 · 9H20 的純度均彡分析純； Fe (NO3)3 · 9H20的溶劑水的純度彡去離子水。
步驟二、將所述溶液1、2和3混合得到混合溶液，加入檸檬酸，加熱至85 95°C攪拌溶解，在加熱攪拌過程中加入不含金屬離子堿性溶液調(diào)節(jié)混合溶液的PH至1 2，持續(xù)加熱攪拌至得到凝膠。
混合溶液中Bi3+離子濃度為0. 4mol/L，混合溶液中的金屬離子與檸檬酸的物質(zhì)的量比為2 1。
步驟三、將凝膠在110 130°C進(jìn)行發(fā)泡得到氣凝膠，粉碎氣凝膠得到粉末，將粉末加熱至500 550°C保持恒溫230 250min后，得到預(yù)處理后的粉末。
其中，粉末加熱至500 550°C過程中，當(dāng)加熱溫度至140°C，控制溫度每次升高 8 12°C，每次保溫> 2. 5h，直至加熱至180°C。優(yōu)選將凝膠在130°C下烘烤1 進(jìn)行發(fā)泡得到氣凝膠；優(yōu)選粉碎氣凝膠得到的粉末大小為納米級。
步驟四、將預(yù)處理后的粉末制成塊體，將所述塊體在790 810°C下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時間為7. 5 8. 5h，然后冷卻，再去除塊體表面氧化層，得到本發(fā)明所述的一種Dy摻雜 BiFeO3多鐵性塊體陶瓷，所述塊體陶瓷材料的化學(xué)式為BihDyxFeO3, χ = 0. 03 0. 20。
一種Dy摻雜Bii^eO3多鐵性塊體陶瓷，所述塊體陶瓷材料的化學(xué)式為BihDyJeO3, χ = 0. 03 0. 20，當(dāng)χ = 0. 05或0. 07時具有鐵磁性，當(dāng)χ乒0. 05和0. 07時具有反鐵磁性；所述塊體陶瓷為單相塊體陶瓷。
有益效果
1.本發(fā)明一種Dy摻雜Bii^eO3多鐵性塊體陶瓷的制備方法，通過向Bii^eO3塊體陶瓷中A位摻雜Dy元素，制備得到一種Dy摻雜Bii^eO3多鐵性塊體陶瓷，所述塊體陶瓷具有鐵磁性或反鐵磁性，且鐵電性良好；
2.本發(fā)明一種Dy摻雜Bii^eO3多鐵性塊體陶瓷的制備方法，制備得到BihDyxFeO3 塊體陶瓷當(dāng)χ = 0. 05或0. 07時，在室溫下同時具有良好鐵磁性及鐵電性；
3.本發(fā)明一種Dy摻雜Bii^eO3多鐵性塊體陶瓷的制備方法，制備得到BihDyxFeO3 塊體陶瓷為單相塊體，無雜相產(chǎn)生；
4.本發(fā)明一種Dy摻雜Bii^eO3多鐵性塊體陶瓷的制備方法，所述方法在制備過程中采用發(fā)泡技術(shù)對凝膠進(jìn)行烘烤得到泡沫狀氣凝膠，氣凝膠粉碎后的粉末細(xì)小，可達(dá)到納米級別，有利于提高所述塊體陶瓷的鐵磁性；
5.本發(fā)明一種Dy摻雜Bii^eO3多鐵性塊體陶瓷的制備方法，所述方法簡便、可靠， 成本低且所需裝置簡單；
6.本發(fā)明提供的一種Dy摻雜Bii^eO3多鐵性塊體陶瓷，所述塊體陶瓷材料的化學(xué)式為BVxDyxFeO3, χ = 0. 03 0. 20，當(dāng)χ = 0. 05或0. 07時，在室溫下同時具有良好鐵磁性及鐵電性，應(yīng)用廣泛；
7.本發(fā)明提供的一種Dy摻雜Bii^eO3多鐵性塊體陶瓷，所述塊體陶瓷為單相塊體， 無雜相產(chǎn)生。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例4制備得到的Bia93Dyatl7FeO3塊體陶瓷的XRD圖譜。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例4制備得到的Bia93Dyatl7FeO3塊體陶瓷M-H曲線。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例4制備得到的Bia93Dyatl7FeO3塊體陶瓷Ρ_Ε電滯回線。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
以下實(shí)施例1 7中所述Bi (NO3) 3 · 5H20、Dy2O3和Fe (NO3) 3 · 9H20均為分析純。
對以下實(shí)施例1 7中各個實(shí)施例制備得到產(chǎn)物分別進(jìn)行分析，分析所使用儀器和條件如下(1)物相分析使用德國Bruker公司生產(chǎn)的Diffraktometer D8型Cu靴Ka 1 輻射χ射線衍射儀(XRD)，λ = 0. 154006nm ； (2)磁性分析使用美國Lakeshore公司生產(chǎn)的VSM Model 1668振動樣品磁強(qiáng)計(jì)測量產(chǎn)物在室溫下磁滯回線，外加磁場為2T ； (3)鐵電性分析使用德國aixACCT公司生產(chǎn)的TF Analyzer 2000鐵電分析儀測量產(chǎn)物在電場作用下的電滯回線，電場頻率為300Hz。
實(shí)施例1
一種BWeO3多鐵性塊體陶瓷的制備方法，所述方法按照以下步驟進(jìn)行
步驟一、稱取30. 559g的Bi (NO3)3 · 5H20加入IOOml冰醋酸，用磁力攪拌器加熱至 65°C并攪拌溶解得到溶液1 ；稱取24. 24g的!^e (NO3) 3 ·9Η20加入50ml去離子水溶解得到溶液2。
步驟二、將所述溶液1和2混合得到混合溶液，使所述混合溶液中的Bi3+離子濃度為0. 4mol/L ；向混合溶液中加入12. 923g檸檬酸，用磁力攪拌器加熱至85°C并攪拌，在加熱攪拌過程中滴加10%氨水調(diào)節(jié)所述混合溶液的pH = 1 ；持續(xù)加熱攪拌至得到凝膠。
步驟三、將所述凝膠在130°C下烘烤1 進(jìn)行發(fā)泡得到氣凝膠；用瑪瑙研缽研磨所述氣凝膠得到納米級別的粉末；將粉末加熱，緩慢升溫至500°C，具體升溫過程為①由室溫升溫至140°C，在140°C恒溫3h，②由140°C升溫至150°C，在150°C恒溫3h，③由150°C升溫至160°C，在160°C恒溫3h，④由160°C升溫至170°C，在170°C恒溫2. 5h，⑤由170°C升溫至500°C，在500°C恒溫MOmin，得到預(yù)處理后的粉末。
步驟四、將預(yù)處理后的粉末壓制成直徑為10mm，厚度為Im的圓片，并置于馬弗爐中在800°C下燒結(jié)他，隨爐冷卻，得到燒結(jié)后的圓片，然后對其表面進(jìn)行打磨，去除表面氧化層，得到產(chǎn)物為一種BWeO3多鐵性塊體陶瓷。
對本實(shí)施例制備得到產(chǎn)物分別進(jìn)行如下分析
(1)物相分析與標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片進(jìn)行對比，結(jié)果顯示在2 θ為20° 60°之間， 當(dāng)2Θ = °時有一雜峰，其他衍射峰與標(biāo)準(zhǔn)菱形畸變鈣鈦礦Bii^eO3衍射峰符合良好，證明本實(shí)施例產(chǎn)物為菱形畸變鈣鈦礦Bii^eO3多鐵性陶瓷，空間群為R3c，所述產(chǎn)物含有雜相。
(2)磁性分析本實(shí)施例產(chǎn)物的磁滯回線幾乎為一條直線，剩余磁化很小，表現(xiàn)為反鐵磁性，當(dāng)磁場為2T時，磁矩為0. 156emu/g。
(3)鐵電性分析本實(shí)施例產(chǎn)物的電滯回線幾乎為橢圓形，無法達(dá)到飽和，說明所述產(chǎn)物具有較大漏電流，其剩余極化為2. 240μ C/cm2。
實(shí)施例2
一種Dy摻雜Bii^eO3多鐵性塊體陶瓷的制備方法，所述方法按照以下步驟進(jìn)行
步驟一、稱取29. 254g的Bi (NO3)3 · 5H20溶于IOOml冰醋酸，用磁力攪拌器加熱至 70°C并攪拌溶解得到溶液1 ；稱取0. 224g的Dy2O3加入20ml濃度為5%的稀硝酸水溶液溶解得到溶液2 ；稱取24. 24g的!^e (NO3) 3 · 9H20加入30ml去離子水溶解得到溶液3。
步驟二、將所述溶液1、2和3混合得到混合溶液，使所述混合溶液中的Bi3+離子濃度為0. 4mol/L ；向混合溶液中加入12. 914g檸檬酸，用磁力攪拌器加熱至85°C并攪拌，在加熱攪拌過程中滴加10%氨水調(diào)節(jié)所述混合溶液的PH = 1. 5，持續(xù)加熱攪拌至得到凝膠。
步驟三、將所述凝膠在130°C下烘烤1 進(jìn)行發(fā)泡得到氣凝膠；利用瑪瑙研缽研磨所述氣凝膠得到納米級別的粉末；將粉末加熱，緩慢升溫至500°C，具體升溫過程為①由室溫升溫至140°C，在140°C恒溫3h，②由140°C升溫至150°C，在150°C恒溫3h，③由150°C 升溫至160°C，在160°C恒溫3h，④由160°C升溫至170°C，在170°C恒溫3h，⑤由170°C升溫至500°C，在500°C恒溫MOmin，得到預(yù)處理后的粉末。
步驟四、將預(yù)處理后的粉末壓制成直徑為10mm，厚度為Im的圓片，并置于馬弗爐中在800°C下燒結(jié)他，隨爐冷卻，得到燒結(jié)后的圓片，然后對其表面進(jìn)行打磨，去除表面氧化層，得到產(chǎn)物為本發(fā)明所述的一種Dy摻雜BWeO3多鐵性塊體陶瓷，所述塊體陶瓷材料的化學(xué)式為 Bi。.97Dy。. J^eO3。
對本實(shí)施例制備得到產(chǎn)物分別進(jìn)行如下分析
(1)物相分析結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片進(jìn)行對比，結(jié)果顯示在2 θ為20° 60°之間，測量得到本實(shí)施例產(chǎn)物的衍射峰與標(biāo)準(zhǔn)菱形畸變鈣鈦礦BWeO3衍射峰符合良好，說明本實(shí)施例產(chǎn)物為空間群為R3c的Dy摻雜菱形畸變鈣鈦礦Bii^eO3多鐵性陶瓷，且所述產(chǎn)物無雜相；與實(shí)施例1產(chǎn)物的衍射峰相比，本實(shí)施例產(chǎn)物的衍射峰向高θ方向移動，說明Dy3+ 離子進(jìn)入Bii^eO3晶格，證明Dy摻雜可有效去除產(chǎn)物中的雜相。
(2)磁性分析本實(shí)施例產(chǎn)物的磁滯回線幾乎為一條直線，剩余磁化很小，表現(xiàn)為反鐵磁性，當(dāng)磁場為2Τ時，磁矩為0. 244emu/g,比實(shí)施例1產(chǎn)物的磁矩數(shù)值高，說明Dy摻雜可有效提高產(chǎn)物的磁性。
(3)鐵電性分析與實(shí)施例1產(chǎn)物的電滯回線相比，本實(shí)施例產(chǎn)物的電滯回線飽和度很好，其剩余極化為4. 610 μ C/cm2,說明Dy摻雜可有效提高Bii^eO3的鐵電性，并降低 BiFeO3的漏電流。
實(shí)施例3
一種Dy摻雜Bii^eO3多鐵性塊體陶瓷的制備方法，所述方法按照以下步驟進(jìn)行
步驟一、稱取29. 031g的Bi (NO3)3 · 5H20溶于IOOml冰醋酸，用磁力攪拌器加熱至 80°C并攪拌溶解得到溶液1 ；稱取1. 119g的Dy2O3加入20ml濃度為5%的稀硝酸水溶液溶解得到溶液2 ；稱取24. 24g的!^e (NO3) 3 · 9H20加入50ml去離子水溶解得到溶液3。
步驟二、將溶液1、2和3混合得到混合溶液，使所述混合溶液中的Bi3+離子濃度為 0. 4mol/L ；向混合溶液中加入12. 908g檸檬酸，用磁力攪拌器加熱至90°C并攪拌，滴加10% 氨水調(diào)節(jié)所述混合溶液的PH = 1，持續(xù)加熱攪拌至得到凝膠。
步驟三、將所述凝膠在130°C下烘烤1 進(jìn)行發(fā)泡得到氣凝膠；利用瑪瑙研缽研磨所述氣凝膠得到納米級別的粉末；將粉末加熱，緩慢升溫至500°C，具體升溫過程為①由室溫直接升至140°C，恒溫3h，②由140°C升溫至151°C，在151°C恒溫3h，③由151°C升溫至160°C，在160°C恒溫3h，④由160°C升溫至170°C，在170°C恒溫2. 5h，⑤由170°C升溫至 500°C，在500°C恒溫MOmin，得到預(yù)處理后的粉末。
步驟四、將預(yù)處理后的粉末壓制成直徑為10mm，厚度為Im的圓片，并置于馬弗爐中在800°C下進(jìn)行燒結(jié)他，隨爐冷卻，得到燒結(jié)后的圓片，然后對其表面進(jìn)行打磨，去除表面氧化層，得到本發(fā)明所述的一種Dy摻雜BWeO3多鐵性塊體陶瓷，所述塊體陶瓷材料的化學(xué)式為 Bi0.95Dy0.05FeO3ο
對本實(shí)施例制備得到產(chǎn)物分別進(jìn)行如下分析
(1)物相分析結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片進(jìn)行對比，結(jié)果顯示在2 θ為20° 60°之間，測量得到本實(shí)施例產(chǎn)物的衍射峰與標(biāo)準(zhǔn)菱形畸變鈣鈦礦BWeO3衍射峰符合良好，說明本實(shí)施例產(chǎn)物為空間群為R3c的Dy摻雜菱形畸變鈣鈦礦Bii^eO3多鐵性陶瓷，且所述產(chǎn)物無雜相；與實(shí)施例2產(chǎn)物的衍射峰相比，本實(shí)施例產(chǎn)物的衍射峰向高θ方向移動，說明Dy3+ 離子進(jìn)入Bii^eO3晶格，且摻雜量比實(shí)施例2高，證明Dy摻雜可有效去除產(chǎn)物雜相。
(2)磁性分析本實(shí)施例產(chǎn)物的磁滯回線飽和度良好，在室溫下具有鐵磁性，其剩余磁化值為0. 07&mu/g，遠(yuǎn)大于實(shí)施例1和2產(chǎn)物的剩余磁化值，當(dāng)磁場為2T時，本實(shí)施例產(chǎn)物的飽和磁矩為0. 460emu/g，說明Dy摻雜可有效提高本實(shí)施例產(chǎn)物的磁性，且當(dāng)χ = 0. 05時，本實(shí)施例產(chǎn)物室溫下表現(xiàn)出鐵磁性。
(3)鐵電性分析與實(shí)施例1或2產(chǎn)物的電滯回線相比較，本實(shí)施例產(chǎn)物的電滯回線飽和度很好，其剩余極化為4. 610 μ C/cm2,說明Dy摻雜可有效提高Bii^eO3的鐵電性，并降低Bii^eO3的漏電流。
實(shí)施例4
一種Dy摻雜Bii^eO3多鐵性塊體陶瓷的制備方法，所述方法按照以下步驟進(jìn)行
步驟一、稱取28. 420g的Bi (NO3)3 · 5H20溶于IOOml冰醋酸，用磁力攪拌器加熱至 85°C并攪拌溶解得到溶液1 ；稱取1. 567g的Dy2O3加入20ml濃度為5%的稀硝酸水溶液溶解得到溶液2 ；稱取24. 24g的!^e (NO3) 3 · 9H20加入50ml去離子水溶解得到溶液3。
步驟二、將溶液1、2和3混合得到混合溶液，使所述混合溶液中的Bi3+離子濃度為 0. 4mol/L ；向混合溶液中加入12. 902g檸檬酸，用磁力攪拌器加熱至85°C并攪拌，滴加10% 氨水調(diào)節(jié)所述混合溶液的PH = 1，持續(xù)加熱攪拌至得到凝膠。
步驟三、將所述凝膠在130°C下烘烤IOh進(jìn)行發(fā)泡得到氣凝膠；利用瑪瑙研缽研磨所述氣凝膠得到納米級別的粉末；粉末加熱，緩慢升溫至500°C，具體升溫過程為①由室溫直接升至140°C，在140°C恒溫3h，②由140°C升溫至150°C，在150°C恒溫3h，③由150°C 升溫至160°C，在160°C恒溫3h，④由160°C升溫至170°C，在170°C恒溫2. 5h，⑤由170°C升溫至180°C，在180°C恒溫2. 5h，⑥由180°C升溫至500°C，500°C并恒溫保持MOmin，得到預(yù)處理后的粉末。
步驟四、將預(yù)處理后的粉末壓制成直徑為10mm，厚度為Im的圓片，并置于馬弗爐中在800°C下進(jìn)行燒結(jié)他，隨爐冷卻，得到燒結(jié)后的圓片，然后對其表面進(jìn)行打磨，去除表面氧化層，得到本發(fā)明所述的一種Dy摻雜BWeO3多鐵性塊體陶瓷，所述塊體陶瓷材料的化學(xué)式為 Bi0.93Dy0.07FeO3ο
對本實(shí)施例制備得到產(chǎn)物分別進(jìn)行如下分析
(1)物相分析結(jié)果結(jié)果如圖1所示，與標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片進(jìn)行對比，結(jié)果顯示當(dāng)2 θ =25.351°時，出現(xiàn)一個新峰，且在2 θ為20° 60°之間，測量得到本實(shí)施例產(chǎn)物的衍射峰與標(biāo)準(zhǔn)菱形畸變鈣鈦礦Bii^eO3衍射峰相比均發(fā)生分裂，說明本實(shí)施例產(chǎn)物結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變，空間群由R3c轉(zhuǎn)為Pnma，但所述產(chǎn)物無雜相；與實(shí)施例3產(chǎn)物的衍射峰相比，本實(shí)施例產(chǎn)物的衍射峰向高θ方向移動，說明Dy3+離子進(jìn)入BWeO3晶格，且摻雜量比實(shí)施例3高， 證明Dy摻雜可有效去除產(chǎn)物雜相，且當(dāng)χ = 0. 07時，本實(shí)施產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變。
(2)磁性分析如圖2所示，結(jié)果表明本實(shí)施例產(chǎn)物的磁滯回線飽和度良好，在室溫下具有鐵磁性，其剩余磁化值為0. 099emu/g，遠(yuǎn)大于實(shí)施例1和2產(chǎn)物的剩余磁化值，當(dāng)磁場為2T時，本實(shí)施例產(chǎn)物的飽和磁矩為0. 511emu/g，說明Dy摻雜可有效提高產(chǎn)物的磁性，且當(dāng)χ = 0. 07時，本實(shí)施例產(chǎn)物在室溫下表現(xiàn)出鐵磁性。
(3)鐵電性分析如圖3所示，結(jié)果表明與實(shí)施例3產(chǎn)物相比較，本實(shí)施例產(chǎn)物的電滯回線飽和度很好，其剩余極化為6. 477μ C/cm2，說明Dy摻雜可有效提高Bii^eO3的鐵電性，并降低Bii^eO3的漏電流。
實(shí)施例5
一種Dy摻雜Bii^eO3多鐵性塊體陶瓷的制備方法，所述方法按照以下步驟進(jìn)行
步驟一、稱取27. 503g的Bi (NO3)3 · 5H20加入IOOml冰醋酸，用磁力攪拌器加熱至 65°C并攪拌溶解得到溶液1 ；稱取2. 238g的Dy2O3加入20ml濃度為5%的稀硝酸水溶液溶解得到溶液2 ；稱取24. 24g的!^e (NO3) 3 · 9H20加入50ml去離子水溶解得到溶液3。
步驟二、將溶液1、2和3混合得到混合溶液，使所述混合溶液中的Bi3+離子濃度為 0. 4mol/L ；向混合溶液中加入12. 892g檸檬酸，用磁力攪拌器加熱至85°C并攪拌，滴加10% 氨水調(diào)節(jié)所述混合溶液的PH = 1，持續(xù)加熱攪拌至得到凝膠。
步驟三、將所述凝膠在120°C下烘烤1 進(jìn)行發(fā)泡得到氣凝膠；利用瑪瑙研缽研磨所述氣凝膠得到納米級別的粉末；粉末加熱，緩慢升溫至500°C，具體升溫過程為①由室溫直接升至140°C，在140°C恒溫3h，②由140°C升溫至152°C，在152°C恒溫3h，③由152°C 升溫至162°C，在162°C恒溫3h，④由162°C升溫至174°C，在174°C恒溫2. 5h，⑤由174°C升溫至185°C，在185°C恒溫2. 5h，⑥由185°C升溫至500°C，在500°C并恒溫保持MOmin，得到預(yù)處理后的粉末。
步驟四、將預(yù)處理后的粉末壓制成直徑為10mm，厚度為Im的圓片，并置于馬弗爐中在800°C下進(jìn)行燒結(jié)他，隨爐冷卻，得到燒結(jié)后的圓片，然后對其表面進(jìn)行打磨，去除表面氧化層，得到本發(fā)明所述的一種Dy摻雜BWeO3多鐵性塊體陶瓷，所述塊體陶瓷材料的化學(xué)式為 Bi0.90Dy0.1(lFe03。
對本實(shí)施例制備得到產(chǎn)物分別進(jìn)行如下分析
(1)物相分析結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片進(jìn)行對比，結(jié)果顯示當(dāng)2 θ = 25.374°時， 出現(xiàn)一個新峰，且在2 θ為20° 60°之間，測量得到本實(shí)施例產(chǎn)物的衍射峰與標(biāo)準(zhǔn)菱形畸變鈣鈦礦Bii^eO3衍射峰相比均發(fā)生分裂，說明本實(shí)施例產(chǎn)物結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變，空間群由R3c 轉(zhuǎn)為Pnma，且本實(shí)施例產(chǎn)物無雜相；與實(shí)施例4產(chǎn)物的衍射峰相比，本實(shí)施例產(chǎn)物的衍射峰向高θ方向移動，說明Dy3+離子進(jìn)入Bii^eO3晶格，且摻雜量比實(shí)施例4高，證明Dy摻雜可有效去除產(chǎn)物雜相，且當(dāng)χ > 0. 07時，Dy摻雜Bii^eO3多鐵性陶瓷的結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變。
(2)磁性分析結(jié)果表明本實(shí)施例產(chǎn)物的磁滯回線幾乎為一條直線，剩余磁化很小，表現(xiàn)為反鐵磁性，但當(dāng)磁場為2Τ時，磁矩為0. 561emu/g,比實(shí)施例4產(chǎn)物磁矩的數(shù)值高， 說明Dy摻雜可有效提高產(chǎn)物的磁性，但χ興0. 05和0. 07時，Dy摻雜Bii^eO3多鐵性陶瓷在室溫下不具有鐵磁性。
(3)鐵電性分析結(jié)果表明與實(shí)施例1或2產(chǎn)物相比較，本實(shí)施例產(chǎn)物的電滯回線飽和度很好，其剩余極化為6. 633 μ C/cm2,說明Dy摻雜可有效提高Bii^eO3的鐵電性，并降低Bii^eO3的漏電流。
實(shí)施例6
一種Dy摻雜Bii^eO3多鐵性塊體陶瓷的制備方法，所述方法按照以下步驟進(jìn)行
步驟一、稱取25. 976g的Bi (NO3)3 · 5H20加入IOOml冰醋酸，用磁力攪拌器加熱至 65°C并攪拌溶解得到溶液1 ；稱取3. 357g的Dy2O3加入20ml濃度為5%的稀硝酸水溶液溶解得到溶液2 ；稱取24. 24g的!^e (NO3) 3 · 9H20加入50ml去離子水溶解得到溶液3。
步驟二、將溶液1、2和3混合得到混合溶液，使所述混合溶液中的Bi3+離子濃度為0. 4mol/L ；向混合溶液中加入12. 876g檸檬酸，用磁力攪拌器加熱至87°C，并攪拌，滴加 10%氨水調(diào)節(jié)所述混合溶液的PH = 1，持續(xù)加熱攪拌至得到凝膠。
步驟三、將所述凝膠在130°C下烘烤1 進(jìn)行發(fā)泡得到氣凝膠；用瑪瑙研缽研磨所述氣凝膠得到納米級別的粉末；將粉末加熱，緩慢升溫至500°C，具體升溫過程為①由室溫升溫至140°C，在140°C恒溫3h，②由140°C升溫至148°C，在148°C恒溫3h，③由148°C升溫至160°C，在160°C恒溫3h，④由160°C升溫至172°C，在172°C恒溫2. 5h，⑤由170°C升溫至500°C，在500°C恒溫MOmin，得到預(yù)處理后的粉末。
步驟四、將預(yù)處理后的粉末壓制成直徑為10mm，厚度為Im的圓片，并置于馬弗爐中在800°C下燒結(jié)他，隨爐冷卻，得到燒結(jié)后的圓片，然后對其表面進(jìn)行打磨，去除表面氧化層，得到本發(fā)明所述的一種Dy摻雜BWeO3多鐵性塊體陶瓷，所述塊體陶瓷材料的化學(xué)式為 Bia85Dy0.15Fe03。
對本實(shí)施例制備得到產(chǎn)物分別進(jìn)行如下分析
(1)物相分析結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片進(jìn)行對比，結(jié)果顯示當(dāng)2 θ = 25.438°時， 出現(xiàn)一個新峰，且在2 θ為20° 60°之間，測量得到本實(shí)施例產(chǎn)物的衍射峰與標(biāo)準(zhǔn)菱形畸變鈣鈦礦Bii^eO3衍射峰相比均發(fā)生分裂，說明本實(shí)施例產(chǎn)物結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變，空間群由R3c 轉(zhuǎn)為Pnma，且產(chǎn)物無雜相；與實(shí)施例5產(chǎn)物的衍射峰相比，本實(shí)施例產(chǎn)物的衍射峰向高θ 方向移動，說明Dy3+離子進(jìn)入Bii^eO3晶格，且摻雜量比實(shí)施例5高，證明Dy摻雜可有效去除產(chǎn)物雜相，且當(dāng)χ > 0. 07時，Dy摻雜Bii^eO3多鐵性陶瓷的結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變。
(2)磁性分析結(jié)果表明本實(shí)施例產(chǎn)物的磁滯回線幾乎為一條直線，剩余磁化很小，表現(xiàn)為反鐵磁性，但當(dāng)磁場為2Τ時，本實(shí)施例產(chǎn)物的磁矩為0. 884emu/g,比實(shí)施例5產(chǎn)物的磁矩數(shù)值要高，說明Dy摻雜可有效提高產(chǎn)物的磁性，但χ興0. 05以及0. 07時，Dy摻雜Bii^eO3多鐵性陶瓷在室溫下不具有鐵磁性。
(3)鐵電性分析結(jié)果表明與實(shí)施例1或2產(chǎn)物相比較，本實(shí)施例所制產(chǎn)物的電滯回線飽和度很好，其剩余極化為8. 30μ C/cm2，說明Dy摻雜可有效提高Bii^eO3的鐵電性， 并降低Bii^eO3的漏電流。
實(shí)施例7
一種Dy摻雜Bii^eO3多鐵性塊體陶瓷的制備方法，所述方法按照以下步驟進(jìn)行
步驟一、稱取24. 448g的Bi (NO3)3 · 5H20加入IOOml冰醋酸，用磁力攪拌器加熱至 65°C并攪拌溶解得到溶液1 ；稱取4. 476g的Dy2O3加入20ml濃度為5%的稀硝酸水溶液溶解得到溶液2 ；稱取24. 24g的!^e (NO3) 3 · 9H20加入50ml去離子水溶解得到溶液3。
步驟二、將溶液1、2和3混合得到混合溶液，使所述混合溶液中的Bi3+離子濃度為 0. 4mol/L ；向混合溶液中加入12. 861g檸檬酸，其用磁力攪拌器加熱至85°C，并攪拌，滴加 10%氨水調(diào)節(jié)所述混合溶液的PH = 1，持續(xù)加熱攪拌至得到凝膠。
步驟三、將所述凝膠在130°C下烘烤1 進(jìn)行發(fā)泡得到氣凝膠；用瑪瑙研缽研磨所述氣凝膠得到納米級別的粉末；將粉末加熱，緩慢升溫至500°C，具體升溫過程為①由室溫升溫至140°C，在140°C恒溫3h，②由140°C升溫至150°C，在150°C恒溫3h，③由150°C升溫至160°C，在160°C恒溫3h，④由160°C升溫至170°C，在170°C恒溫3h，⑤由170°C升溫至 500°C，在500°C恒溫MOmin，得到預(yù)處理后的粉末。
步驟四、將預(yù)處理后的粉末壓制成直徑為10mm，厚度為Im的圓片，并置于馬弗爐中在800°C下燒結(jié)他，隨爐冷卻，得到燒結(jié)后的圓片，然后對其表面進(jìn)行打磨，去除表面氧化層，到本發(fā)明所述的一種Dy摻雜BWeO3多鐵性塊體陶瓷，所述塊體陶瓷材料的化學(xué)式為 Bi0.80Dy0 20Fe03。
對本實(shí)施例制備得到產(chǎn)物分別進(jìn)行如下分析
(1)物相分析結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片進(jìn)行對比，結(jié)果顯示當(dāng)2 θ = 25. 503°時， 出現(xiàn)一個新峰，且在2 θ為20° 60°之間，測量得到本實(shí)施例產(chǎn)物的衍射峰與標(biāo)準(zhǔn)菱形畸變鈣鈦礦Bii^eO3衍射峰相比均發(fā)生分裂，說明本實(shí)施例產(chǎn)物結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變，空間群由R3c 轉(zhuǎn)為Pnma，且產(chǎn)物無雜相；與實(shí)施例6產(chǎn)物的衍射峰相比，本實(shí)施例產(chǎn)物的衍射峰向高θ 方向移動，說明Dy3+離子進(jìn)入Bii^eO3晶格，且摻雜量比實(shí)施例6高，證明Dy摻雜可有效去除產(chǎn)物雜相，且當(dāng)χ > 0. 07時，Dy摻雜Bii^eO3多鐵性陶瓷的結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變。
(2)磁性分析結(jié)果表明本實(shí)施例產(chǎn)物的磁滯回線幾乎為一條直線，剩余磁化很小，但當(dāng)磁場為2Τ時，本實(shí)施例產(chǎn)物的磁矩為0. 944emu/g,比實(shí)施例6產(chǎn)物的磁矩數(shù)值高， 說明Dy摻雜可有效提高產(chǎn)物的磁性，但χ興0. 05以及0. 07時，Dy摻雜Bii^eO3多鐵性陶瓷在室溫下不具有鐵磁性。
(3)鐵電性分析結(jié)果表明與實(shí)施例1或2產(chǎn)物相比較，本實(shí)施例產(chǎn)物的電滯回線飽和度很好，其剩余極化為8. 843 μ C/cm2,說明Dy摻雜可有效提高Bii^eO3的鐵電性，并降低Bii^eO3的漏電流。
本發(fā)明包括但不限于以上實(shí)施例，還包括各具體實(shí)施方式
間的任意組合。凡是在本發(fā)明的精神和原則之下進(jìn)行的任何等同替換或局部改進(jìn)，都將視為在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。10
權(quán)利要求
1.一種Dy摻雜BWeO3多鐵性塊體陶瓷的制備方法，其特征在于所述方法按照以下步驟進(jìn)行步驟一、依照欲合成的Dy摻雜Bii^eO3多鐵性塊體陶瓷材料的化學(xué)式BihDyxFeO3, χ = 0. 03 0. 20，按 1-χ χ 1 的物質(zhì)的量比分別稱取Bi (NO3) 3 CH2CKDy2O3和!^e (NO3) 3 ·9Η20， 且以Bi(NO3)3 · 5Η20的物質(zhì)的量為100%計(jì)，Bi(NO3)3 · 5Η20的物質(zhì)的量過量5 %，將所述 Bi (NO3) 3 · 5Η20在65 85 °C下溶解于冰醋酸得到溶液1，將所述Dy2O3溶解于濃度< 50% 的稀硝酸水溶液得到溶液2，將所述!^e (NO3) 3 · 9H20溶解于水得到溶液3 ；步驟二、將所述溶液1、2和3混合得到混合溶液，加入檸檬酸，加熱至85 95°C攪拌溶解，在加熱攪拌過程中加入不含金屬離子堿性溶液調(diào)節(jié)混合溶液的PH至1 2，持續(xù)加熱攪拌至得到凝膠；步驟三、將凝膠在110 130°C進(jìn)行發(fā)泡得到氣凝膠，粉碎氣凝膠得到粉末，將粉末加熱至500 550°C保持恒溫230 250min后，得到預(yù)處理后的粉末；步驟四、將預(yù)處理后的粉末制成塊體，將所述塊體在790 810°C下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時間為7. 5 8. 5h，然后冷卻，再去除塊體表面氧化層，得到一種Dy摻雜Bii^eO3多鐵性塊體陶瓷，所述塊體陶瓷材料的化學(xué)式為BihDyxFeO3, χ = 0. 03 0. 20 ；其中，步驟一中所述Bi (NO3) 3 · 5H20、Dy2O3和Fe (NO3) 3 · 9Η20的純度均彡分析純； Fe (NO3)3 · 9Η20的溶劑水的純度彡去離子水；步驟二中所述混合溶液中Bi3+離子濃度為0. 4mol/L，混合溶液中的金屬離子與檸檬酸的物質(zhì)的量比為2 1 ；步驟三中粉末加熱至500 550°C過程中，當(dāng)加熱溫度至140°C，控制溫度每次升高 8 12°C，每次保溫彡2. 5h，直至加熱至180°C。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Dy摻雜BWeO3多鐵性塊體陶瓷的制備方法，其特征在于步驟三中將凝膠在130°C下烘烤1 進(jìn)行發(fā)泡得到氣凝膠。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Dy摻雜BWeO3多鐵性塊體陶瓷的制備方法，其特征在于步驟三中粉碎氣凝膠得到的粉末大小為納米級。
4.一種Dy摻雜BWeO3多鐵性塊體陶瓷，其特征在于所述塊體陶瓷材料的化學(xué)式為 BihDyxFeO3, χ = 0. 05 或 0. 07，具有鐵磁性。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種Dy摻雜BWeO3多鐵性塊體陶瓷，其特征在于所述塊體陶瓷為單相塊體陶瓷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鏑摻雜BiFeO3多鐵性塊體陶瓷及其制備方法，屬于功能陶瓷領(lǐng)域。所述方法為按1-x∶x∶1稱取Bi(NO3)3·5H2O、Dy2O3和Fe(NO3)3·9H2O，分別溶于冰醋酸、稀硝酸和水并加熱攪拌；將三種溶液混合后加檸檬酸，加熱并攪拌，調(diào)節(jié)PH后繼續(xù)加熱攪拌得到凝膠；將凝膠發(fā)泡得氣凝膠，粉碎氣凝膠得粉末，預(yù)處理粉末；將預(yù)處理后的粉末制成塊狀燒結(jié)，然后去除表面氧化層，即得Bi1-xDyxFeO3多鐵性塊體陶瓷，x＝0.03～0.20。所述Bi1-xDyxFeO3多鐵性塊體陶瓷為單相陶瓷，鐵電性得到增強(qiáng)，x＝0.05和0.07時，在室溫下具有鐵磁性。
文檔編號C04B35/622GK102503398SQ20111029476
公開日2012年6月20日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者劉盛楠, 李祥, 王琳 申請人:北京理工大學(xué)