具有强磁电耦合效应的二维单晶PbTiO3-CoFe2O4复合纳米材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有强磁电耦合效应的二维单晶PbTiO3‑CoFe2O4复合纳米材料的制备方法，该方法应用简单湿化学反应原理，以水热法合成的四方相钙钛矿PbTiO3纳米片、六水硝酸钴、六水氯化铁、硼氢化钠和去离子水为原料，采用二次水热方法，使CoFe2O4选择性生长在四方相钙钛矿PbTiO3纳米片的正极化面上，得到具有强磁电耦合效应的二维单晶PbTiO3‑CoFe2O4复合纳米材料。本发明专利技术制备方法简单，易于控制，成本低，制得的二维单晶PbTiO3‑CoFe2O4复合纳米材料具有强磁电耦合效应。在微波领域、宽波段探测、传感控制、信息存储等领域具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
具有强磁电耦合效应的二维单晶PbTiO3-CoFe2O4复合纳米材料的制备方法
本专利技术属于复合材料制备
，特别涉及一种具有强磁电耦合效应的二维单晶PbTiO3-CoFe2O4复合纳米材料的制备方法。
技术介绍
多铁材料由于其同时具有铁电、铁磁或铁弹有序性及磁电耦合效应等，日益成为科研工作者们研究的热点。相对单项多铁材料而言，复合多铁性材料克服了磁电排斥效应，具有较高的居里、尼尔温度及较大的磁电耦合系数，在微波、传感控制和信息存储等领域具有应用前景。其中铁电-铁磁多铁异质结构具有化学组分可控、结构设计灵活等特点，且在室温条件下且磁电耦合系数较高，特别是以复合多铁薄膜材料为代表的磁电耦合复合材料在磁电耦合效应调节、磁电耦合物理机制及磁-电器件等方面得到了广泛的研究，但基板的夹持效应较大、应力传递难、界面损伤严重及制备工艺相对复杂等使这些材料的磁电耦合效应的优化受到了很大的限制。因此，降低基板的夹持效应和简单的应力分布等成为设计制备高磁电耦合效应复合材料的必要途径。为了消除基板的夹持效应，各种低维复合多铁纳米材料，如纳米管磁电复合材料、纳米纤维磁电复合材料等成功制备，使磁电耦合效应进一步得到提高。但目前制备的一维多铁复合纤维纳米结构多为多晶，界面效应较为复杂，其磁电耦合效应的优化受到影响。PbTiO3是一种典型的四方相钙钛矿铁电氧化物，具有优异的铁电、压电和介电性能。其居里温度为490℃，其单晶体的自发极化强度可以达到75μC/cm2，是目前发现的铁电体中自发极化强度最大的材料之一，是多铁材料中常用的一种铁电体。而CoFe2O4是一种常见的尖晶石，具有较高的饱和磁化强度、磁晶各向异性、高磁导率，优良的机械耐磨性和化学稳定性，是目前多铁材料中常用的一种铁磁体。Z.H.Ren等人(Z.H.Ren,Z.Xiao,S.M.Yin,etal.J.AlloyCompd.,2013,552:518-523)采用原位固态烧结法制备了单晶多铁PbTiO3-CoFe2O4磁电耦合纤维异质结，研究表明在外加磁场为100Oe时bTiO3-CoFe2O4复合纳米纤维零场冷M-T谱图说明，单晶PbTiO3-CoFe2O4复合纳米纤维的磁学性能与温度几乎没有依赖关系。肖珍等(肖珍，张嘉玮，雷磊等，材料导报A：综述篇，2017,31(8)：153-156.)采用类似方法制备了不同Zr掺杂的单晶PbZrxTi1-xO3-CoFe2O4复合纳米纤维，其研究表明复合材料的PZT纳米纤维和CFO纳米颗粒之间存在简单的外延生长关系，且具有明显的异质结结构。该复合材料的矫顽力和剩余磁化强度随Zr离子掺杂量的增加而增加，说明PZT和CFO之间存在磁电耦合效应。然而，这些单晶PbTiO3或PbZrxTi1-xO3纤维铁电体的暴露面均为{100}晶面，并非铁电体的极化面，即{001}晶面。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种具有强磁电耦合效应的二维单晶PbTiO3-CoFe2O4复合纳米材料的制备方法。这种复合纳米材料暴露{001}晶面的铁电体的极化面，且CoFe2O4纳米颗粒选择性生长生长在{001}晶面，这种复合纳米材料具有强的磁电耦合效应。为了实现上述目的，本申请采用的技术方案为：一种具有强磁电耦合效应的二维单晶PbTiO3-CoFe2O4复合纳米材料的制备方法，包括如下步骤：(1)首先，将二价钴Co2+盐和三价铁Fe3+盐溶解在水中，同时加入氢氧化钠水溶液，得到混合溶液，待用，其中混合溶液中Co2+离子与Fe3+离子的物质的量之比为Co2+：Fe3+＝2:1；(2)向混合溶液中加入20mmol/L～80mmol/L的硼氢化钠溶液，搅拌均匀，得到悬浊液I，待用；(3)将四方相钙钛矿PbTiO3纳米片加入到悬浊液I中，搅拌并超声分散，得到悬浊液II，待用；(4)将悬浊液II转移到聚四氟乙烯反应釜内胆中，用去离子水调节悬浊液II的体积为反应釜溶剂的1/3～4/5；然后，将聚四氟乙烯反应釜密封并置于160℃～220℃的炉中保温，反应4h～48h后，再置于空气中自然降温至室温，取出反应产物，过滤，用去离子水清洗，烘干，得到二维单晶PbTiO3-CoFe2O4复合纳米材料。进一步的，步骤(1)中所述二价钴Co2+盐为六水硝酸钴，所述三价铁Fe3+盐为六水氯化铁，所述氢氧化钠水溶液为2mol/L的氢氧化钠水溶液。进一步的，所述的六水硝酸钴、六水氯化铁、硼氢化钠和氢氧化钠的纯度均不低于化学纯。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本申请以钙钛矿PbTiO3纳米片为铁电体，以CoFe2O4为铁磁体，采用两步水热法制备得到二维单晶PbTiO3-CoFe2O4复合纳米材料，制备方法简单，易于控制，对设备的要求低。(2)本申请制备得到的二维单晶PbTiO3-CoFe2O4复合纳米材料的结构特点是：CoFe2O4全部选择性的生长在PbTiO3的正极化面上，即{001}晶面上，同时具有强的磁电耦合效应。而现有技术中制备的单晶PbTiO3-CoFe2O4复合纳米材料选择的是PbTiO3纳米纤维，且CoFe2O4不具有选择性生长的功能，CoFe2O4是均匀的生长在PbTiO3纳米纤维上。附图说明图1是本专利技术二维单晶PbTiO3-CoFe2O4复合纳米材料的(A)XRD图谱，(B)透射电镜(SEM)图；图2本专利技术二维单晶PbTiO3-CoFe2O4复合纳米材料(a)纳米复合结构横截面的HADDFSTEM照片；(b)纳米复合结构横切片示意图。图3是本专利技术二维单晶PbTiO3-CoFe2O4复合纳米材料在外加磁场为1T，零场冷的M-T曲线。具体实施方式为了使本专利技术的技术手段、创作特征、达到目的与功效易于明白了解，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。本申请中的六水硝酸钴、六水氯化铁、硼氢化钠和氢氧化钠的纯度均不低于化学纯。本申请中四方相钙钛矿PbTiO3纳米片是采用CN102534794A公开的方法制备得到的。实施例1一种具有强磁电耦合效应的二维单晶PbTiO3-CoFe2O4复合纳米材料的制备方法，包括如下步骤：(1)首先，将六水硝酸钴和六水氯化铁溶解在水中，搅拌15min，得到混合溶液I，其中混合溶液I中Co2+离子与Fe3+离子的物质的量之比为Co2+：Fe3+＝2:1；然后，再将混合溶液I加入到10mL2mol/L的氢氧化钠水溶液中，搅拌10min，得到混合溶液II，待用；(2)向混合溶液II中加入10mL80mmol/L的硼氢化钠溶液，搅拌10min，得到悬浊液I，待用；(3)将四方相钙钛矿PbTiO3纳米片加入到悬浊液I中，搅拌30min，并超声分散20min，得到悬浊液II，待用；(4)将悬浊液II转移到50mL的聚四氟乙烯反应釜内胆中，用去离子水调节悬浊液II的体积为反应釜容积的1/3；然后，将聚四氟乙烯反应釜密封并置于200℃的炉中保温，反应12h后，再置于空气中自然降温至室温，取出反应产物，过滤，用去离子水清洗，烘干，得到二维单晶PbTiO3-CoFe2O4复合纳米材料。实施例2一种具有强磁电耦合效应的二维单晶PbTiO3-CoFe2O4复合纳米材料的制备方法，包括如下步骤：(1)首先，将六水硝酸钴和六水氯化铁溶解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有强磁电耦合效应的二维单晶PbTiO3‑CoFe2O4复合纳米材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)首先，将二价钴Co2+盐和三价铁Fe3+盐溶解在水中，同时加入氢氧化钠水溶液，得到混合溶液，待用，其中混合溶液中Co2+离子与Fe3+离子的物质的量之比为Co2+：Fe3+＝2:1；(2)向混合溶液中加入20mmol/L～80mmol/L的硼氢化钠溶液，搅拌均匀，得到悬浊液I，待用；(3)将四方相钙钛矿PbTiO3纳米片加入到悬浊液I中，搅拌并超声分散，得到悬浊液II，待用；(4)将悬浊液II转移到聚四氟乙烯反应釜内胆中，用去离子水调节悬浊液II的体积为反应釜容积的1/3～4/5；然后，将聚四氟乙烯反应釜密封并置于160℃～220℃的炉中保温，反应4h～48h后，再置于空气中自然降温至室温，取出反应产物，过滤，用去离子水清洗，烘干，得到二维单晶PbTiO3‑CoFe2O4复合纳米材料。

【技术特征摘要】
1.一种具有强磁电耦合效应的二维单晶PbTiO3-CoFe2O4复合纳米材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)首先，将二价钴Co2+盐和三价铁Fe3+盐溶解在水中，同时加入氢氧化钠水溶液，得到混合溶液，待用，其中混合溶液中Co2+离子与Fe3+离子的物质的量之比为Co2+：Fe3+＝2:1；(2)向混合溶液中加入20mmol/L～80mmol/L的硼氢化钠溶液，搅拌均匀，得到悬浊液I，待用；(3)将四方相钙钛矿PbTiO3纳米片加入到悬浊液I中，搅拌并超声分散，得到悬浊液II，待用；(4)将悬浊液II转移到聚四氟乙烯反应釜内胆中，用去离子水调节悬浊液II的体积为反应釜容积的1/3～4/5；然后，将聚四氟乙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：钞春英，任召辉，李浩，韩高荣，高远浩，
申请(专利权)人：许昌学院，
类型：发明
国别省市：河南,41