一种TbMn1-xFexO3粉体的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种TbMn1‑xFexO3粉体的制备方法，本发明专利技术使用技术方案为：首先，配备Tb(NO3)3、MnCl2及FeCl3标准溶液；接着，将10mL Tb(NO3)3、2～18mL MnCl2及2～18mL FeCl3的标准溶液共30mL进行搅拌，边搅拌边缓慢加入25‑35g固体KOH，待其充分溶解并冷却至室温之后，将混合溶液移入反应釜中进行水热反应，反应结束后，用去离子水和无水乙醇交替清洗，烘干，即可得到TbMn1‑xFexO3粉体；本发明专利技术制备过程简单，成本低，克服了传统固相法反复研磨、高温反应等弊端，制备得到的TbMn1‑xFexO3具有优越的铁电、磁电等特性。

Preparation of TbMn1-xFexO3 Powder

The invention discloses a preparation method of TbMn1 xFexO3 powder. The technical scheme of the invention is as follows: Firstly, Tb(NO3)3, MnCl 2 and FeCl3 standard solutions are equipped; then, the standard solutions of 10mL Tb(NO3)3, 2-18mL MnCl 2 and 2-18mL FeCl3 are stirred together for 30mL, and 25_35g solid KOH is slowly added while stirring, and the mixed solution is dissolved fully and cooled to room temperature. The liquid is transferred into the reactor for hydrothermal reaction, and after the reaction is finished, TbMn1_xFexO3 powder can be obtained by alternating cleaning and drying with deionized water and anhydrous ethanol. The preparation process of the invention is simple, the cost is low, and the disadvantages of repeated grinding and high temperature reaction by traditional solid-phase method are overcome. The prepared TbMn1_xFexO3 has superior ferroelectric and magnetoelectric properties.

【技术实现步骤摘要】
一种TbMn1-xFexO3粉体的制备方法
本专利技术涉及磁电传感器多铁性材料领域，特别是涉及一种TbMn1-xFexO3粉体的制备方法。
技术介绍
磁电传感器的性能主要取决于多铁性材料的极化和铁电响应，Tb1-xHoxMnO3作为多铁性材料具有巨大的铁电效应和极化现象，它们在扫描磁场时显示同时反转铁电极化（P）和磁化强度（M）。M和P之间的交叉耦合是基本兴趣的，并且提供了额外的自由度，因此在设计存储元件时，非共线螺旋自旋顺序对于极化的发生至关重要。JinJin-Ling等人（JinJL,ZhangXQ,LiGK,etal.InfluenceoftheJahn-TellerdistortiononmagneticorderinginTbMn1-xFexO3[J].中国物理b:英文版,2012,21(10):451-455.）通过使用浮选区法在四个常压氩气中生长一系列TbMn1-xFexO3（x=0、0.02、0.05、0.10、0.20）单晶，究了Jahn-Teller畸变对基底MnO2平面中TbMn1-xFexO3（x=0、0.02、0.05、0.10和0.20）单晶的磁结构的影响。随着Fe掺杂的增加，四重分裂的减少表明Jahn-Teller失真减小，这使得最近邻（NN）FM相互作用优于下一个最近邻（NNN）AFM相互作用。这种改变有利于A型AFM排序的发展，而不是螺旋磁有序，当x≥0.05时，它会崩溃。对介电数据的分析表明，铁电性是由特殊的螺旋磁有序产生的。MMihalikjr等人（MihalikMJ,MihalikM,VavraM,etal.Heatcapacity,magneticandlatticedynamicpropertiesofTbMn1-xFexO3[C]2015.）研究了Mn3+离子被Fe3+离子取代对TbMn1-xFexO3陶瓷晶体结构，晶格动态，热容和磁性能的影响。X射线粉末衍射和拉曼光谱表明，晶格畸变可能主要归因于x<0.4的样品的Jahn-Teller畸变和八面体倾斜；对于较高的Fe浓度，扭曲主要受八面体倾斜的影响，而Jahn-Teller效应的贡献较小。与磁转变相关的母体化合物（TbMnO3和TbFeO3）的热容异常通过离子取代而被去掉。磁化测量表明磁性排序在整个浓度范围内持续存在。S.L.Wang等人（LiuYS,ZouYH,LiPG,etal.CrystalstructureandelectricaltransportpropertiesofpolycrystallineTbMn1-xFexO3[J].JournalofPhysics&ChemistryofSolids,2015,85:81-85.）通过固体烧结法合成了多晶TbMn1-xFexO3（x=0、0.1、0.3、0.5、0.7、0.9、1）。基于X射线粉末衍射（XRD）数据的Rietveld精修结果表明，所有样品均被鉴定为斜方晶系。具有空间群Pbnm的钙钛矿结构。晶格参数a和c增加，而b随着Fe含量的增加而减小，表明晶体晶胞在ab平面收缩并随着Fe浓度的增加沿c轴延伸。还测量了温度依赖性电阻（R-T），随着x的增加，TbMn1-xFexO3样品的转变温度单调增加。随着Fe（x≤0.5）含量的增加，TbMn1-xFexO3的活化能逐渐降低，当x＞0.5时，活化能随Fe含量的增加而增加，这意味着TbMn0.5Fe0.5O3的活化能最低。这些结果意味着可以通过施加不同的元素来控制转变温度和电导率，尤其是对于在宽温下工作的半导体材料获得更好的性能。M.Mihalik等人（MihalikM,MihalikM,JagličićZ,etal.MagneticphasediagramoftheTbMn1-xFexO3solidsolutionsystem[J].PhysicaBCondensedMatter,2017,506.）通过固相烧结法制备了一系列TbMn1-xFexO3复合物，通过研究它们的磁相图，其在0≤x≤1的整个浓度范围内，由磁化和特定的热测量确定。我们发现，在0≤x<0.3的浓度范围内的主磁离子是锰，而铁离子不会产生独立的磁性结构，但通过减少向磁有序状态的转变并转变为摆线，强烈地影响母体化合物的磁相。Fe亚晶格驱动了浓度范围为0.3<x≤1的磁性。锰离子在长程磁有序状态下不再有序，但稳定了4个以上Fe亚晶格的四种不同磁性结构。对于掺杂水平低于0.1或超过0.9，仅在母体化合物TbMnO3和TbFeO3上观察到Tb亚晶格的磁有序。YifeiFang等人（YifeiFang,GangQiang,XinzhiLiu,etal.UnderstandingthelargerotatingmagnetocaloriceffectinTbMn1-xFexO3singlecrystalsuponq-FermiDiracnonextensivestatistics[J].JournalofAlloysandCompounds,729(2017)1020-1030.）采用固相法合成了TbMn1-xFexO3（x=0、0.75）陶瓷的纯相多晶，在TbMn1-xFexO3（x=0和0.75）单晶中观察到大的磁热效应。有趣的是，使用洛伦兹透射电子显微镜技术，在TbMn0.25Fe0.75O3单晶中显示出尺寸高达约3μm×3μm的大单畴结构。虽然重掺杂Fe3+离子可以大大提高TbMnO3的磁相变温度，但旋转磁熵变化有一定程度的降低，导致其RC值降低。基于非广泛的热力学分析，我们证明了-ΔSM与旋转角度的关系。通过q-费米狄拉克统计可以更好地描述交流平面，而不是费米-狄拉克分布。这表明在模拟过程中应考虑超交换相互作用和自旋波激发等长程有序。我们目前的研究结果不仅支持磁晶各向异性能量，对于描述TbMn1-xFexO3系统中旋转磁热效应的巨大差异至关重要，而且为评估磁晶各向异性能量对旋转磁热效应的贡献提供了更有意义的框架。固相法是目前制备稀土掺杂锰氧化物磁性材料的主要手段，固相反应的反应机理是一个热力学的扩散过程，它存在的问题是：由于反应速度较慢，只有在极高的反应温度下才能进行，而且需要多次的研磨，反复的高温处理，因此制备工艺复杂，成本高，同时产物颗粒生长与团聚难以控制，颗粒不均匀，粒径分布范围广，晶型不规则，这些都严重影响材料的性能。A.Das等人（DasA,BandyopadhyayS,ChatterjeeS,etal.ComplexmagneticpropertiesofTbMn1-xFexO3(x=0.1and0.2)nanoparticlespreparedbythesol-gelmethod[C]DaeSolidStatePhysicsSymposium.AIPPublishingLLC,2016.）采用化溶胶-凝胶法制备了x=0、0.1和0.2的TbMn1-xFexO3纳米粒子。通过XRD分析进行相鉴定和粒度估计。在5K下的M-H测量表明在具有大矫顽力的Fe掺杂样品中具有完全的铁磁行为，而原始样品显示出存在铁磁和反铁磁两种顺序。所有样品的ZFC和FC磁化曲线都显示出铽和锰磁矩的反铁磁有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种TbMn1‑xFexO3粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：配置标准溶液Tb(NO3)3、MnCl2及FeCl3的浓度分别为0.4M、0.2M、0.2M；步骤二：将10mL Tb(NO3)3、2～18mL MnCl2及2～18mL FeCl3的标准溶液共30mL进行搅拌，边搅拌边缓慢加入25‑35g固体KOH，待其充分溶解并冷却至室温之后，将混合溶液移入反应釜中进行水热反应，反应结束后，用去离子水和无水乙醇交替清洗，烘干，即可得到TbMn1‑xFexO3粉体。

【技术特征摘要】
1.一种TbMn1-xFexO3粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：配置标准溶液Tb(NO3)3、MnCl2及FeCl3的浓度分别为0.4M、0.2M、0.2M；步骤二：将10mLTb(NO3)3、2～18mLMnCl2及2～18mLFeCl3的标准溶液共30mL进行搅拌，边搅拌边缓慢加入25-35g固体KOH，待其充分溶解并冷却至室温之后，将混合溶液移入反应釜中进行水热反应，反应结束后，用去离子水和无水乙醇交替清洗，烘干，即可得到TbMn1-xFexO3粉体。2.根据权利要求1所述的一种TbMn1-xFexO3粉体的制备方法，其特征在于：步骤二中，当x=0.1时，量取10mLTb(NO3)3、18mMnCl2及2mLFeCl3标准溶液；当x=0.3时，量取10mLTb(NO3)3、14mLM...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑德山，郭峰，靳长清，魏永星，王喜锋，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61