一種氮摻雜鐵酸鉍納米粉體的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種氮摻雜鐵酸鉍納米粉體的制備方法，包括以下步驟：(1)按摩爾數1:1稱量的五水硝酸鉍和九水硝酸鐵分別溶于稀硝酸中，加入酒石酸和尿素，攪拌溶解，得到溶液；(2)將溶液在55～65℃油浴攪拌下預熱1～3h，然后在105～115℃下充分攪拌反應直到完全蒸干形成干凝膠；(3)將干凝膠研磨成粉末，在馬弗爐于300～500℃預燒1～3h，在600～800℃燒結0.5～2h，隨爐冷卻；(4)將燒結后的粉末投入稀硝酸溶液中攪拌1～3h，用去離子水反復沖洗并抽濾，在60～100℃下真空干燥。本發明的產品整體上保持鐵酸鉍結構不變的同時出現鐵磁性。
【專利說明】一種氮摻雜鐵酸鉍納米粉體的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及具有鐵磁和鐵電兩種特性的多鐵性材料領域，特別涉及一種氮摻雜鐵酸鉍納米粉體的制備方法。
【背景技術】
[0002]近年來，多鐵性材料作為最具有應用前景的新型材料之一而引起了材料和凝聚態物理領域研宄者們的極大興趣。由于多鐵性材料將磁性材料和鐵電材料結合起來，在器件設計方面有了一個新的自由度。因此，多鐵性材料在多個領域展現出實際應用的前景。在眾多單相多鐵性材料中，鐵酸鉍(815600是目前研宄最熱門的材料之一。它是一種典型的多鐵性材料，具有較高的鐵磁轉變溫度\?6431(和鐵電轉變溫度化?11031是目前唯一一種在常溫下同時具有鐵電性和寄生弱鐵磁性的單相多鐵性材料。
[0003]目前，81？603中存在較大的漏電流和螺旋磁結構導致的弱磁性，成為81？60 3進入實際應用的主要障礙。改善81？603性能的主要手段有生長薄膜和化學摻雜。化學摻雜通常選擇不同大小的離子對81？603的4位和8位進行替代，相當于向原來的晶格中引入一個化學壓力，可以使81？603的晶格發生畸變，從而提尚材料的鐵電性和鐵磁性。但是對于0位的摻雜替代研宄并不多。
【發明內容】
[0004]為了克服現有技術的上述缺點與不足，本發明的目的在于提供一種氮摻雜鐵酸鉍納米粉體的制備方法，整體上保持81？603結構不變的同時出現鐵磁性。
[0005]本發明的目的通過以下技術方案實現:
[0006]一種氮摻雜鐵酸鉍納米粉體的制備方法，包括以下步驟:
[0007](1)按摩爾數1:1稱量適量的五水硝酸鉍和九水硝酸鐵分別溶于稀硝酸中，加入酒石酸和尿素，攪拌溶解，得到溶液；
[0008]所述尿素與溶液中離子的摩爾比為(0.5?1.2): 1 ；
[0009](2)將步驟⑴得到的溶液在55?651油浴攪拌下預熱1?3匕然后再升溫至105?1151:下充分攪拌反應直到完全蒸干形成干凝膠；
[0010](3)將干凝膠研磨成粉末，在馬弗爐升溫至300?5001:預燒1?3卜，再升溫至600?8001:燒結0.5?2卜，然后隨爐自然冷卻；
[0011](4)將燒結后的粉末投入稀硝酸溶液中攪拌清洗1?3匕然后用去離子水反復沖洗并抽濾，最后在60?1001:下真空干燥即得氮摻雜的鐵酸鉍納米粉末。
[0012]步驟⑴所述酒石酸與溶液中離子的摩爾比為1:1。
[0013]步驟⑴所述稀硝酸的濃度為11/匕
[0014]步驟⑷所述稀硝酸的濃度為11/匕
[0015]步驟(3)所述升溫至300?5001:，具體為:
[0016]從室溫按照每分鐘5?101:升溫至300?500X:。
[0017]步驟⑶所述升溫至600?8001:，具體為:
[0018]按照每分鐘5?10。〇的速度升溫至600?800X:。
[0019]本發明在溶膠凝膠法使金屬離子和酒石酸發生絡合反應形成溶膠的基礎上，加入尿素均勻溶解于其中，最后形成富含氮元素的均勻的凝膠體；合理控制凝膠化的溫度和時間防止尿素水解，經過干燥并合理控制煅燒溫度和時間，使氮源分解并充分溶入到鐵酸鉍結晶成相的過程中，得到氮摻雜的鐵酸鉍粉體。
[0020]與現有技術相比，本發明具有以下優點和有益效果:
[0021](1)本發明首次在溶膠凝膠的基礎上實現了氮在鐵酸鉍晶格中部分替代氧。
[0022](2)本發明可以避免通常在鉍位或鐵位上摻雜替代可能引起的鐵電-順電式相變，通過氧位替代盡可能少地影響鐵酸鉍原有的強鐵電結構。
[0023](3)本發明通過氮摻雜，使鐵酸鉍在整體晶體結構不變的同時因摻雜誘發的局部畸變產生鐵磁性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為實施例1所得的氮摻雜鐵酸鉍和純鐵酸鉍納米粉末的X射線衍射圖。
[0025]圖2為實施例2所得的氮摻雜鐵酸鉍和純鐵酸鉍納米粉末X射線光電子能譜郵)。
[0026]圖3為實施例3所得的氮摻雜鐵酸鉍和純鐵酸鉍納米粉末的磁滯回線。
【具體實施方式】
[0027]下面結合實施例，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。
[0028]實施例1
[0029]按摩爾比1:1分別稱量1.2138五水硝酸鉍和1.018九水硝酸鐵溶于50“稀硝酸中；然后加入50“去離子水稀釋，最后得到的混合溶液中的濃度約為0.025001/1，然后按與離子為1:1的摩爾比加入酒石酸，最后按化與離子為1.2:1的摩爾比在上述溶液中加入尿素；將所得溶液在551:油浴攪拌下預熱1卜，然后再升溫至1051:下充分攪拌反應直到完全蒸干形成干凝膠；將干凝膠研磨成粉末，在馬弗爐中3001:下預燒2匕再升溫至6001:燒結1匕然后隨爐自然冷卻；將燒結后的粉末投入濃度為11/1的稀硝酸溶液中攪拌清洗1匕然后用去離子水反復沖洗并抽濾，最后在801:下真空干燥即得氮摻雜的鐵酸秘納米粉末。
[0030]根據本實施例的產物的X？？譜，通過計算可以得出樣品的組成為81？601812。圖1為本實施例的產物的乂即譜圖，可以看出同純鐵酸鉍相比，氮摻雜后樣品的結構沒有發生變化。本實施例的產物的經測試磁滯回線，證實呈現弱磁性。
[0031]實施例2
[0032]按摩爾比1:1分別稱量1.2138五水硝酸鉍和1.018九水硝酸鐵溶于50“稀硝酸中；然后加入50“去離子水稀釋，最后得到的混合溶液中的濃度約為0.025001/1，然后按與離子為1:1的摩爾比加入酒石酸，最后按化與離子為0.9:1的摩爾比在上述溶液中加入尿素；將所得溶液在601:油浴攪拌下預熱1.5匕然后再升溫至1101:下充分攪拌反應直到完全蒸干形成干凝膠；將干凝膠研磨成粉末，在馬弗爐中3501:下預燒2匕再升溫至6501:燒結1匕然后隨爐自然冷卻；將燒結后的粉末投入濃度為11/1的稀硝酸溶液中攪拌清洗化，然后用去離子水反復沖洗并抽濾，最后在901:下真空干燥即得氮摻雜的鐵酸鉍納米粉末。
[0033]圖2為所得產物的X？？譜，從圖2可以看到摻雜產物發現了 ~的特征峰(圖中虛線框內)，通過計算可以得出樣品的組成為81？602」\9。本實施例的產物的乂即譜圖與實施例1相似，可以看出同純鐵酸鉍相比，氮摻雜后樣品的結構沒有發生變化。本實施例的產物的經測試磁滯回線，證實呈現弱磁性。
[0034]實施例3
[0035]按摩爾比1:1分別稱量1.2138五水硝酸鉍和1.018九水硝酸鐵溶于50“稀硝酸中；然后加入50“去離子水稀釋，最后得到的混合溶液中的濃度約為0.025001/1，然后按與離子為1:1的摩爾比加入酒石酸，最后按化與離子為0.5:1的摩爾比在上述溶液中加入尿素；將所得溶液在651:油浴攪拌下預熱2匕然后再升溫至1101:下充分攪拌反應直到完全蒸干形成干凝膠；將干凝膠研磨成粉末，在馬弗爐中4001:下預燒2匕再升溫至7501:燒結2匕然后隨爐自然冷卻；將燒結后的粉末投入濃度為11/1的稀硝酸溶液中攪拌清洗1.51！，然后用去離子水反復沖洗并抽濾，最后在1101:下真空干燥即得氮摻雜的鐵酸鉍納米粉末。
[0036]根據本實施例的產物的X？？譜，通過計算可以得出樣品的組成為具.5。本實施例的產物的乂即譜圖與實施例1相似，可以看出同純鐵酸鉍相比，氮摻雜后樣品的結構沒有發生變化。圖3為產物的磁滯回線，可以看出同純81？603相比4摻雜的樣品具有較明顯的回線，呈現出弱磁性。
[0037]上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受所述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種氮摻雜鐵酸鉍納米粉體的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)按摩爾數1:1稱量的五水硝酸鉍和九水硝酸鐵分別溶于稀硝酸中，加入酒石酸和尿素，攪拌溶解，得到溶液； 所述尿素與溶液中Fe3+離子的摩爾比為(0.5?1.2):1 ; (2)將步驟(I)得到的溶液在55?65°C油浴攪拌下預熱I?3h，然后再升溫至105?115°C下充分攪拌反應直到完全蒸干形成干凝膠； (3)將干凝膠研磨成粉末，在馬弗爐升溫至300?500°C預燒I?3h，再升溫至600?800 °C燒結0.5?2h，然后隨爐自然冷卻； (4)將燒結后的粉末投入稀硝酸溶液中攪拌清洗I?3h，然后用去離子水反復沖洗并抽濾，最后在60?100°C下真空干燥即得氮摻雜的鐵酸鉍納米粉末。
2.根據權利要求1所述的氮摻雜鐵酸鉍納米粉體的制備方法，其特征在于，步驟(I)所述酒石酸與溶液中Fe3+離子的摩爾比為1:1。
3.根據權利要求1所述的氮摻雜鐵酸鉍納米粉體的制備方法，其特征在于，步驟(I)所述稀硝酸的濃度為1M/L。
4.根據權利要求1所述的氮摻雜鐵酸鉍納米粉體的制備方法，其特征在于，步驟(4)所述稀硝酸的濃度為1M/L。
5.根據權利要求1所述的氮摻雜鐵酸鉍納米粉體的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述升溫至300?500 °C，具體為: 從室溫按照每分鐘5?10°C升溫至300?500°C。
6.根據權利要求1所述的氮摻雜鐵酸鉍納米粉體的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述升溫至600?800 °C，具體為: 按照每分鐘5?10°C的速度升溫至600?800°C。
【文檔編號】B82Y30/00GK104495944SQ201410740129
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月5日 優先權日:2014年12月5日
【發明者】張弜, 陳龍勝, 張家敏, 陳熹 申請人:華南理工大學