的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于材料生長領域，涉及多鐵材料的制備及光學性質研宄，并主要研宄水熱法制備過渡元素Co摻雜的BiFeO3顆粒。
【背景技術】
[0002]由于BiFeO3的特殊物理性能，科研工作者們對BiFeO 3的研宄越來越廣泛，近年來主要對其磁性，光學性能，介電性能等方面進行了廣泛的研宄。
[0003]制備BiFeO3的方法有很多，如固相燒結法，溶膠-凝膠法，水熱法等，其中水熱法是這么多方法中所需的合成溫度最低的一種方法，也是制備形貌比較均勻、成分容易控制的一種方法，且制備工藝比較簡單；據文獻報道最多的是利用溶膠-凝膠法和固相燒結法制備稀土元素摻雜的BiFe03m米顆粒。如:2011年Kaushik Chakrabarti等人利用溶膠-凝膠法成功地合成了 Eu摻雜的BiFeO3納米顆粒，并研宄了 Eu元素的摻雜對BiFeO 3磁性的影響，參閱 Journal of Applied Physics.第 110 期第 10395 (1-9)頁。2008 年 KanwarSingh Nalwa等人利用固相燒結法在850°C的燒結溫度下制備了 Sm摻雜的BiFeO3，并研宄了 Sm的摻雜對其磁性和電性能的影響，參閱Journal of Applied Physics.第103期第044101 (1-6)頁。但利用水熱法研宄BiFeO3摻雜改性的文章很少，常見的文獻報道是利用水熱法制備La摻雜的BiFeO3微晶，是較大的突破，但至今，沒有人利用水熱法合成Co摻雜的BiFeO3微晶。
[0004]用水熱法制備Cr摻雜的BiFeO3顆粒:如2010年Yi Du, Zhen Xiang Cheng等利用水熱法制備出Cr摻雜的BiFeO3樣品，參閱Thin Solid Films.第518期第e5 - e8頁。
[0005]用水熱法制備Mn摻雜的BiFe03m米顆粒:如2011年S.Basu, SK.M.Hossain等利用水熱法在220°C的溫度下制備出Mn摻雜的BiFe03m米顆粒，參閱Current AppliedPhysics.第 11 期第 976-980 頁。
[0006]用水熱法制備La摻雜的BiFeOJ^1:如2012年Zhiwu Chen等用水熱法制備出La 摻雜的 BiFeOj^aB，參閱 J Mater Sc1: Mater Electron.第 23 期第 1402 - 1408 頁。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是在提高密封性的前提下，通過簡單的水熱法在200°C的溫度下成功制備出過渡金屬元素Co摻雜的BiFeO3顆粒，并研宄了 Co摻雜BiFeO 3樣品的光學性能。
[0008]本發明是通過以下工藝過程實現的:所用鉍源為Bi (NO3) 3.5H20 (99%)，(0.05mol)，鐵源為 Fe (NO3)3.9H20 (98.5%)，(0.05mol)，鈷源為 Co (NO3) 2.6H20 (99.9%)，(0.05mol);將稱量好的藥品溶解在15 ml濃度為10wt%的稀硝酸中，磁力攪拌20 min至溶液變成透明狀；在上述透明液中逐滴滴入28wt%的氨水引起共沉淀反應，沉淀Fe3+，Bi3+和Co2+離子，當pH值為10 ~ 11時，將沉淀離心，用去離子水反復清洗，洗至中性；然后稱量一定的KOH溶解在15 ml的去離子水中，磁力攪拌10 min,將所得的KOH溶液倒入上述沉淀，在磁力攪拌器上連續攪拌I h;最后，將制備好的前驅液放入容積為50 ml的聚四氟乙烯水熱反應釜中，將反應釜放入設定溫度為200°C的恒溫烘箱中水熱反應24 h，水熱反應結束后，將反應釜自然冷卻至室溫，所得的樣品用去離子水和無水乙醇反復清洗直到去除所有可溶性鹽，放入設定溫度為60°C的真空干燥箱中干燥獲得樣品。
[0009]本發明所制得的樣品為單相BiCoxFehO3(x=0，0.02和0.04)顆粒，不同摻雜濃度下樣品的XRD圖如圖1所示，不同摻雜濃度所制得樣品的SM圖如圖2所示，不同摻雜濃度所制得樣品的EDX圖如圖3所示，不同摻雜濃度所得樣品的紫外-可見光吸收圖及對應的Tauc圖如圖4所示。與現有技術相比，本發明的特點在于:采用水熱法制備出單相的BiCoxFehO3 (x=0，0.02和0.04)顆粒，制備工藝簡單，得到小的禁帶寬度(小于2 eV)。本實驗產物均勻性好，對環境污染小，可控性好，易于推廣，因而具有重要的研宄價值和廣闊的應用前景。
【附圖說明】
[0010]圖1 (a) KOH為6M，200°C溫度下摻雜濃度分別為0% Co，2% Co，4% Co，反應24 h合成樣品的XRD圖；圖1 (b)為對應樣品中(012)、(104)、(110)衍射峰的XRD放大圖。
[0011 ] 圖2 KOH為6M，200°C溫度下摻雜濃度分別為0% Co，2% Co，4% Co，反應24 h合成樣品的SEM圖，其中(I) (3) (5)為低倍數下不同摻雜濃度樣品的SEM圖，(2) (4) (6)是對應樣品的SEM放大圖。
[0012]圖3 KOH為6M，200°C溫度下摻雜濃度分別為0% Co，2% Co，4% Co，反應24 h合成樣品的EDX圖，EDX分析可知，樣品的實際摻雜濃度分別為0at%，0.75at%和1.83at%。
[0013]圖4 (a) KOH為6M，200°C溫度下摻雜濃度分別為0% Co，2% Co，4% Co，反應24 h合成樣品的Uv-vis圖；圖4 (b)為對應樣品的Tauc圖。
【具體實施方式】
[0014]實施例1
稱取 2.44985g (0.05mol)Bi(N03)3.5H20 (99%)，稱取 2.05076g (0.05mol)Fe (NO3) 3.9Η20。將稱量好的藥品溶解在15 ml濃度為10wt%的稀硝酸中，磁力攪拌20 min至溶液變成透明狀；在上述透明液中逐滴滴入28wt%的氨水引起共沉淀反應，沉淀Fe3+，Bi3+和Co2+離子，當pH值為10 ~ 11時，將沉淀離心，用去離子水反復清洗，洗至中性；然后稱量一定的KOH溶解在15 ml的去離子水中，磁力攪拌10 min,將所得的KOH溶液倒入上述沉淀，在磁力攪拌器上連續攪拌I h;最后，將制備好的前驅液放入容積為50 ml的聚四氟乙烯水熱反應釜中，將反應釜放入設定溫度為200°C的恒溫烘箱中水熱反應24 h，水熱反應結束后，將反應釜自然冷卻至室溫，所得的樣品用去離子水和無水乙醇反復清洗直到去除所有可溶性鹽，放入設定溫度為60°C的真空干燥箱中干燥后獲得純(實際摻雜濃度0at%)的BiFeO3樣品。XRD如圖1 (a)和I (b)中樣品(I)所示，SEM如圖2中(I)和(2)所示，EDX如圖3中樣品(I)所示，紫外-可見光吸收譜如圖4 (a)中(I)所示，對應的Tauc圖如圖4 (b)中(I)所示。
[0015]實施例2
稱取 2.44985g Bi(NO3)3.5H20 (99%)，稱取 2.00975g Fe (NO3) 3.9H20，0.02911gCo (NO3)2.6Η20 (99.9%)。將稱量好的藥品溶解在15 ml濃度為10wt%的稀硝酸中，磁力攪拌20 min至溶液變成透明狀；在上述透明液中逐滴滴入28wt%的氨水引起共沉淀反應，沉淀Fe3+，Bi3+和Co2+離子，當pH值為10 ~ 11時，將沉淀離心，用去離子水反復清洗，洗至中性；然后稱量一定的KOH溶解在15 ml的去離子水中，磁力攪拌10 min，將所得的KOH溶液倒入上述沉淀，在磁力攪拌器上連續攪拌I h ;最后，將制備好的前驅液放入容積為50ml的聚四氟乙烯水熱反應釜中，將反應釜放入設定溫度為200°C的恒溫烘箱中水熱反應24h，水熱反應結束后，將反應釜自然冷卻至室溫，所得的樣品用去離子水和無水乙醇反復清洗直到去除所有可溶性鹽，放入設定溫度為60°C的真空干燥箱中干燥后獲得預摻雜濃度為2% Co (EDX計算實際摻雜濃度為0.75at%)的BiFeO3樣品。XRD如圖1 (a)和I (b)中樣品(2)所示，SEM如圖2中(3)和(4)所示，EDX如圖3中樣品(2)所示，紫外-可見光吸收譜如圖4 (a)中(2)所示，對應的Tauc圖如圖4 (b)中(2)所示。
[0016]實施例3
稱取 2.44985g Bi(NO3)3.5H20 (99%)，稱取 1.96873g Fe (NO3) 3.9H20，0.05821gCo (NO3)2.6Η20 (99.9%)。將稱量好的藥品溶解在15 ml濃度為10wt%的稀硝酸中，磁力攪拌20 min至溶液變成透明狀；在上述透明液中逐滴滴入28wt%的氨水引起共沉淀反應，沉淀Fe3+，Bi3+和Co2+離子，當pH值為10 ~ 11時，將沉淀離心，用去離子水反復清洗，洗至中性；然后稱量一定的KOH溶解在15 ml的去離子水中，磁力攪拌10 min，將所得的KOH溶液倒入上述沉淀，在磁力攪拌器上連續攪拌I h ;最后，將制備好的前驅液放入容積為50ml的聚四氟乙烯水熱反應釜中，將反應釜放入設定溫度為200°C的恒溫烘箱中水熱反應24h，水熱反應結束后，將反應釜自然冷卻至室溫，所得的樣品用去離子水和無水乙醇反復清洗直到去除所有可溶性鹽，放入設定溫度為60°C的真空干燥箱中干燥后獲得預摻雜濃度為4% Co (EDX計算實際摻雜濃度為1.83at%)的BiFeO3樣品。XRD如圖1 (a)和I (b)中樣品(3)所示，SEM如圖2中(5)和(6)所示，EDX如圖3中樣品(3)所示，紫外-可見光吸收譜如圖4 (a)中(3)所示，對應的Tauc圖如圖4 (b)中(3)所示。
【主權項】
1.一種簡單的水熱法制備Co摻雜的BiFeO 3，其特征在于控制好摻雜濃度后，并且通過以下工藝過程實現:所用鉍源為Bi (NO3) 3.5H20 (99%)，(0.05mol)，鐵源為Fe (NO3) 3.9H20(98.5%)，(0.05mol)，鈷源為 Co (NO3)2.6H20 (99.9%)，(0.05mol);將稱量好的藥品溶解在15 ml濃度為10wt%的稀硝酸中，磁力攪拌20 min至溶液變成透明狀；在上述透明液中逐滴滴入濃度為28wt%的氨水引起共沉淀反應，沉淀Fe3+，Bi3+和Co 2+離子，當pH值為10 ~11時，將沉淀離心，用去離子水反復清洗，洗至中性；然后稱量一定的KOH溶解在15 ml的去離子水中，磁力攪拌10 min,將所得的KOH溶液倒入上述沉淀，在磁力攪拌器上連續攪拌I h;最后，將制備好的前驅液放入容積為50 ml的聚四氟乙烯水熱反應釜中，將反應釜放入設定溫度為200°C的恒溫烘箱中水熱反應24 h，水熱反應結束后，將反應釜自然冷卻至室溫，所得的樣品用去離子水和無水乙醇反復清洗直到去除所有可溶性鹽，放入設定溫度為60°C的真空干燥箱中干燥后得到實際摻雜濃度分別為0at%，0.75&丨％和1.83at%的樣品，使用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、能量分散X射線能譜(EDX)以及紫外-可見光吸收譜(Uv-vis)對樣品的結構、形貌、樣品成分及光學性能進行了表征。
2.如權利要求1所述，其特征在于，Co的實際摻雜濃度分別為0at%，0.75at%和1.83at%0
3.如權利要求1所述，其特征在于，工藝參數確定為KOH濃度為6M時，溫度為200°C下反應24 h合成過渡元素Co摻雜的BiFeO3顆粒。
4.如權利要求1所述，其特征在于，是用傳統的水熱法制備出Co摻雜的BiFeO3顆粒，并研宄其光學性能。
【專利摘要】本發明公開了一種制備Co摻雜BiFeO3的方法，屬于材料制備技術領域。通過水熱法制備Co摻雜的BiFeO3粉體，以分析純級的Bi(NO3)3 ·5H2O，Fe(NO3)3·9H2O，Co(NO3)2·6H2O作為反應源，將稱量好的藥品溶解在15 ml的稀硝酸，磁力攪拌20 min，在透明溶液中逐滴滴入28wt%的氨水引起共沉淀，當pH值為10 ~ 11時清洗；然后，稱量一定的KOH溶解在15 ml的去離子水中，攪拌10 min，將所得的KOH溶液倒入上述沉淀，連續攪拌1 h；最后，將制備好的前驅液移至反應釜中，在200℃下反應24 h，反應結束后，自然冷卻至室溫，所得樣品用去離子水和無水乙醇反復清洗后將樣品放入60℃的真空干燥箱中干燥，得到所需樣品進行表征。本發明的特點是：方法簡單，成本低，產率高，對環境危害小，易于推廣。
【IPC分類】C01G49-00
【公開號】CN104876279
【申請號】CN201510250288
【發明人】李錦 , 關曉英, 喬忠旺
【申請人】新疆大學
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年5月18日