專利名稱：一種xSrTiO<sub>3</sub>-(1-x)CoFe<sub>2</sub>O<sub>4</sub>復合材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及ー種XSrTiO3-(I-X)CoFe2O4復合材料及其制備方法,屬于復合多鐵性材料制備技術領域。
背景技術：
在多鐵性材料研究領域，性能単一的陶瓷材料很難滿足現代器件的要求，于是出現了復合多鐵性材料，并且成為了研究熱點。現有技術中，多鐵性材料多為顆粒復合。這ー類顆粒復合材料是將具備鐵磁致伸縮相和鐵電壓電相的納米顆粒均勻復合，通過燒結過程形成多鐵性復合陶瓷材料。這種制備方法的優點是材料配比簡單，成本低，材料的磁電耦合系數較高。缺點是分子水平均勻性不強，粒度較大，復合溫度很高，反應不易進行完全。2010年武漢大學物理科學與技術學院宋輝、吳國偉等人利用高溫固相顆粒復合法制備得到BaTiO3-CoFe2O4復合陶瓷材料。由于其制備過程的燒結溫度很高，爐子達不到其溫度，導致 樣品存在很多孔洞，致密性不夠好，并且樣品存在一定的漏電流，而且在宋輝等人文章中沒有對復合陶瓷的磁性能進行深入分析。
發明內容
本發明的目的是提供ー種XSrTiO3-(I-X) CoFe2O4復合材料。本發明的目的還在于提供ー種XSrTiO3-(I-X)CoFe2O4復合材料的制備方法。本發明的復合材料，其鐵電性能和鐵磁性能較單相陶瓷有了一定的改變。制備方法簡化了復合步驟，有效的減少了外界因素影響，降低了材料復合溫度。本發明的目的是這樣實現的。經過大量實驗，申請人確定了復合材料的組成。具體的，本發明的復合材料具有以下組成x SrTiO3-(1-x) CoFe2O4，式中，X取值為0. 5或0.6或 0. 7 或 0. 8 或 0. 9。由于鈦酸鋇和鈦酸鍶都屬于鈣鈦礦ABO3結構，性能類似；并且溶膠凝膠法的合成溫度比固相法低，可以短時間獲得分子水平的均勻性，粉體能夠達到納米級別，基于以上所述，設想利用鈦酸鍶代替鈦酸鋇與鐵酸鈷復合，并且利用溶膠凝膠法便可以制備出本發明的復合材料。更確切講，本發明的制備方法是改進的溶膠凝膠法，以硝酸鍶、檸檬酸、硝酸鈷、鈦酸丁酯、無水こ醇、冰醋酸、硝酸鐵為原料。具體的，本發明的X SrTiO3-(I-X)CoFe2O4復合材料的制備方法包括以下步驟(I)按物質的量之比為I : I將硝酸鍶和檸檬酸混合并溶于去離子水中，充分攪拌5 15min,以IOmin最佳,形成朽1檬酸鹽溶液；(2)在燒杯中先加入無水こ醇，然后倒入冰醋酸，輕微攪拌，最后加入鈦酸丁酯形成鈦酸丁酯醇溶液，其中，無水こ醇、冰醋酸、鈦酸丁酯三者物質的量之比為10 : I : 3，由于無水こ醇易揮發，稱量無水こ醇可適當多一點，將步驟(I)所得檸檬酸鹽溶液與鈦酸丁酯醇溶液充分混合攪拌20 40min，以30min最佳，至淡黃色透明，得到鈦酸鍶溶液；(3)配制鐵酸鈷溶液
將硝酸鐵、硝 酸鈷溶于去離子水中，最后加入一定量的檸檬酸，三者的物質的量之比為硝酸鈷硝酸鐵檸檬酸=1:2: 2，充分攪拌5 15min，以IOmin最佳，制得棕紅色鐵酸鈷溶液；(4)將步驟⑵所得到的鈦酸鍶溶液倒入步驟(3)配制的鐵酸鈷溶液中，在室溫下攪拌20 40min,以30min最佳,至澄清淺紅色,初步形成溶膠；(5)將溶膠置于水浴鍋40°C 80°C初歩失水形成凝膠，水浴溫度以50°C最佳，然后陳化I小時形成干凝膠；(6)把干凝膠放入干燥箱中烘干得到前軀體，將前軀體在900°C 1100°C下煅燒，煅燒溫度以1000°c最佳，可得到XSrTiO3-(I-X)CoFe2O4復合材料粉體。本發明取得的有益成果如下本發明制備出了具備鐵磁性和鐵電性的XSrTiO3-(I-X)CoFe2O4復合材料。該復合陶瓷較単相陶瓷在鐵電性和鐵磁性有了一定的改變。該制備方法簡化了復合的步驟，有效的避免了顆粒復合的外界影響因素，并且其鐵電性能較單相的SrTiO3有了提高，得到了趨于飽和的電滯回線，其鐵磁性能隨著鐵酸鈷的含量的増加出現了規律性，這些都有助于復合材料的實際應用。
圖I是XSrTiO3-(I-X)CoFe2O4系列樣品的晶體結構圖。圖2是XSrTiO3-(I-X)CoFe2O4系列樣品的電滯回線圖。圖3是XSrTiO3-(I-X)CoFe2O4系列樣品的磁滯回線圖。
具體實施例方式下面的實施例用于說明本發明。實施例I當X = 0. 5吋，制備鈦酸鍶與鐵酸鈷復合比例為I : I的SrTiO3-CoFe2O4復合粉體。制備過程如下(I)將0. 04mol硝酸鍶和0. 04mol檸檬酸溶于去離子水，充分攪拌IOmin形成檸檬
酸鹽溶液；(2)在燒杯中先加入46. 3ml無水こ醇,然后倒入4. 63ml冰醋酸,輕微攪拌,最后加入13. 89ml鈦酸丁酯形成鈦酸丁酯醇溶液，將步驟(I)所得檸檬酸鹽溶液和鈦酸丁酯醇溶液充分混合攪拌30min至淡黃色透明，即可得到鈦酸鍶溶液；(3)配制鐵酸鈷溶液，將0. 04mol硝酸鈷、0. 08mol硝酸鐵溶于去離子水中，再加入0. 08mol檸檬酸，充分攪拌lOmin，得棕紅色鐵酸鈷溶液；(4)將步驟⑵所得到的鈦酸鍶溶液倒入步驟(3)得到的鐵酸鈷溶液中，在室溫下攪拌30min,至澄清淺紅色,初步形成溶膠；(5)將溶膠置于水浴鍋50°C初歩失水形成凝膠，然后陳化I小時形成干凝膠。(6)把干凝膠放入干燥箱中烘干得到前軀體，將前軀體在1000°C下煅燒后可得到SrTiO3-CoFe2O4復合材料粉體。X射線分析表明，復合陶瓷同時含有立方相的鈦酸鍶和鐵酸鈷的衍射峰，沒有其它雜相生成。實施例2方法按實施例I的進行，但是不同的是燒結溫度為900°C。X射線分析表明，復合陶瓷初步形成立方相的鈦酸鍶和鐵酸鈷的衍射峰，但是存在Fe2O3雜相，這是因為燒結溫度不夠。實施例3當X = 0. 9時，制備鈦酸鍶與鐵酸鈷復合比例為9 : I的0. 9SrTi03-0. ICoFe2O4復 合粉體。過程如下(I)將0. 036mol硝酸銀和0. 036mol朽1檬酸溶于去離子水,充分攪拌IOmin形成朽1
檬酸鹽溶液；(2)先加入41. 6ml無水こ醇,然后倒入4. 16ml冰醋酸,輕微攪拌,最后加12. 50ml鈦酸丁酯形成鈦酸丁酯醇溶液，將步驟(I)所得檸檬酸鹽溶液和鈦酸丁酯醇溶液充分混合攪拌30min至淡黃色透明，即可得到鈦酸鍶溶液；(3)配制鐵酸鈷溶液，將0. 004mol硝酸鈷、0. 008mol硝酸鐵溶于去離子水中，再加入0. 008mol檸檬酸，充分攪拌lOmin，得棕紅色鐵酸鈷溶液；(4)將步驟⑵所得到的鈦酸鍶溶液倒入步驟(3)得到的鐵酸鈷溶液中，在室溫下攪拌30min,至澄清淺紅色,初步形成溶膠(5)將溶膠置于水浴鍋50°C初歩失水形成凝膠，然后陳化I小時形成干凝膠。(6)把干凝膠放入干燥箱中烘干得到前軀體，將前軀體在1000°C下煅燒后可得到0. 9SrTi03-0. ICoFe2O4 復合材料粉體。X射線分析表明，復合陶瓷同時含有立方相的鈦酸鍶和鐵酸鈷的衍射峰，鐵酸鈷的衍射峰較弱，沒有其它雜相生成。實施例4當X = 0. 8時，制備鈦酸鍶與鐵酸鈷復合比例為8 2的0. 8SrTi03_0. 2CoFe204復合粉體。(I)將0. 032mol硝酸銀和0. 032mol朽1檬酸溶于去離子水,充分攪拌IOmin形成朽1檬酸鹽溶液；過程如下(2)在燒杯中先加入37. Oml無水こ醇，然后倒入3. 70ml冰醋酸，輕微攪拌，最后加入11. Ilml鈦酸丁酯形成鈦酸丁酯醇溶液，將步驟(I)所得檸檬酸鹽溶液和鈦酸丁酯醇溶液充分混合攪拌30min至淡黃色透明，即可得到鈦酸鍶溶液；(3)配制鐵酸鈷溶液，將0. 008mol硝酸鈷、0. 016mol硝酸鐵溶于去離子水中，再加入0. 016mol檸檬酸，充分攪拌lOmin，得棕紅色鐵酸鈷溶液；(4)將步驟⑵所得到的鈦酸鍶溶液倒入步驟(3)得到的鐵酸鈷溶液中，在室溫下攪拌30min,至澄清淺紅色,初步形成溶膠(5)將溶膠置于水浴鍋50°C初歩失水形成凝膠，然后陳化I小時形成干凝膠。(6)把干凝膠放入干燥箱中烘干得到前軀體，將前軀體在1000°C下煅燒后可得到0. 8SrTi03-0. 2CoFe204 復合材料粉體。 X射線分析表明，復合陶瓷同時含有立方相的鈦酸鍶和鐵酸鈷的衍射峰，鐵酸鈷的衍射峰較弱，沒有其它雜相生成。
實施例5當X = 0. 7時，制備鈦酸鍶與鐵酸鈷復合比例為7 3的0. 7SrTi03_0. 3CoFe204復合粉體。過程如下(I)將0. 028mol硝酸銀和0. 028mol朽1檬酸溶于去離子水,充分攪拌IOmin形成朽1
檬酸鹽溶液；(2)在燒杯中先加入32. 4ml無水こ醇，然后倒入3. 24ml冰醋酸，輕微攪拌，最后加入9. 72ml鈦酸丁酯形成鈦酸丁酯醇溶液，將步驟(I)所得檸檬酸鹽溶液和鈦酸丁酯醇溶液充分混合攪拌30min至淡黃色透明，即可得到鈦酸鍶溶液；(3)配制鐵酸鈷溶液，將0. 012mol硝酸鈷、0. 024mol硝酸鐵溶于去離子水中，再加入0. 024mol檸檬酸，充分攪拌lOmin，得棕紅色鐵酸鈷溶液；
(4)將步驟⑵所得到的鈦酸鍶溶液倒入步驟(3)得到的鐵酸鈷溶液中，在室溫下攪拌30min,至澄清淺紅色,初步形成溶膠(5)將溶膠置于水浴鍋50°C初歩失水形成凝膠，然后陳化I小時形成干凝膠。(6)把干凝膠放入干燥箱中烘干得到前軀體，將前軀體在1000°C下煅燒后可得到0. 7SrTi03-0. 3CoFe204 復合材料粉體。X射線分析表明，復合陶瓷同時含有立方相的鈦酸鍶和鐵酸鈷的衍射峰，鐵酸鈷的衍射峰較弱，沒有其它雜相生成。實施例6當X = 0. 6時，制備鈦酸鍶與鐵酸鈷復合比例為6 4的0. 6SrTi03_0. 4CoFe204復合粉體。過程如下(I)將0. 024mol硝酸鍶和0. 024mol檸檬酸溶于去離子水，充分攪拌IOmin形成檸
檬酸鹽溶液；(2)在燒杯中先加27. 7ml無水こ醇，然后倒入2. 77ml冰醋酸，輕微攪拌，最后加入
8.33ml鈦酸丁酯形成鈦酸丁酯醇溶液，將步驟(I)所得檸檬酸鹽溶液和鈦酸丁酯醇溶液充分混合攪拌30min至淡黃色透明，即可得到鈦酸鍶溶液；(3)配制鐵酸鈷溶液，將0. 016mol硝酸鈷、0. 032mol硝酸鐵溶于去離子水中，再加入0. 032mol檸檬酸，充分攪拌lOmin，得棕紅色鐵酸鈷溶液；(4)將步驟⑵所得到的鈦酸鍶溶液倒入步驟(3)得到的鐵酸鈷溶液中，在室溫下攪拌30min,至澄清淺紅色,初步形成溶膠(5)將溶膠置于水浴鍋50°C初歩失水形成凝膠，然后陳化I小時形成干凝膠。(6)把干凝膠放入干燥箱中烘干得到前軀體，將前軀體在1000°C下煅燒后可得到
0.6SrTi03-0. 4CoFe204 復合材料粉體。X射線分析表明，復合陶瓷同時含有立方相的鈦酸鍶和鐵酸鈷的衍射峰，鐵酸鈷的衍射峰較弱，沒有其它雜相生成。
權利要求
1.ー種XSrTiO3-(I-X)CoFe2O4復合材料，其特征在于式中，x取值為0. 5或0. 6或0. 7或 0. 8 或 0. 9。
2.—種XSrTiO3-(I-X)CoFe2O4復合材料的制備方法,其特征在于包括以下步驟 (1)按物質的量之比為I: I將硝酸鍶和檸檬酸混合并溶于去離子水中，充分攪拌5 15min，形成檸檬酸鹽溶液； (2)在燒杯中先加入無水こ醇，然后倒入冰醋酸，輕微攪拌，最后加入鈦酸丁酷形成鈦酸丁酯醇溶液，其中，無水こ醇、冰醋酸、鈦酸丁酯三者物質的量之比為10 I 3，將步驟(I)所得檸檬酸鹽溶液與鈦酸丁酯醇溶液充分混合攪拌20 40min，至淡黃色透明，得到鈦酸銀溶液； (3)配制鐵酸鈷溶液 將硝酸鐵、硝酸鈷溶于去離子水中，最后加入一定量的檸檬酸，三者的物質的量之比為硝酸鈷硝酸鉄檸檬酸=I 2 2，充分攪拌5 15min，制得棕紅色鐵酸鈷溶液； (4)將步驟(2)所得到的鈦酸鍶溶液倒入步驟(3)配制的鐵酸鈷溶液中，在室溫下攪拌20 40min,至澄清淺紅色,初步形成溶膠； (5)將溶膠置于水浴鍋40°C 80°C初歩失水形成凝膠，然后陳化I小時形成干凝膠； (6)把干凝膠放入干燥箱中烘干得到前軀體，將前軀體在溫度900°C 1100°C下煅燒后，得到XSrTiO3-(I-X)CoFe2O4復合材料粉體。
3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于步驟⑴攪拌lOmin。
4.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于步驟(2)攪拌30min。
5.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于步驟(3)攪拌lOmin。
6.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于步驟(4)攪拌30min。
7.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于步驟(5)水浴溫度50°C。
8.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于步驟(6)煅燒溫度1000°C。
全文摘要
本發明公開了一種具備鐵磁性和鐵電性的xSrTiO3-(1-x)CoFe2O4復合材料及其制備方法。式中，x取值為0.5或0.6或0.7或0.8或0.9。該復合陶瓷較單相陶瓷在鐵電性和鐵磁性有了一定的改變。本發明的制備方法是改進的溶膠凝膠法，以硝酸鍶、檸檬酸、硝酸鈷、鈦酸丁酯、無水乙醇、冰醋酸、硝酸鐵為原料。制備方法簡化了復合的步驟，有效的避免了顆粒復合的外界影響因素，降低了材料復合溫度。并且其鐵電性能較單相的SrTiO3有了提高，得到了趨于飽和的電滯回線；其鐵磁性能隨著鐵酸鈷的含量的增加出現了規律性，這些都有助于復合材料的實際應用。
文檔編號C04B35/624GK102643088SQ20121012877
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月27日 優先權日2012年4月27日
發明者李寧, 王占才, 王衛輕, 郭革新 申請人:河北師范大學