一种0-3铁酸铋基磁电复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种如式(Ⅰ)所示的0‑3铁酸铋基磁电复合材料；本申请还提供了所述0‑3铁酸铋基磁电复合材料的制备方法，其包括以下步骤：将铋源、铁源、钡源和钛源按照如式(Ⅰ)所示的0‑3铁酸铋基磁电复合材料中各成分的相对比例配料；将配料后的原料球磨后合成，得到合成粉体；将所述合成粉体球磨后加入粘结剂压片，烧结，得到0‑3铁酸铋基磁电复合材料。本申请通过非化学计量配比的方法得到了式(Ⅰ)所示的0‑3铁酸铋基磁电复合材料，该复合材料可实现第二相均匀分散，由此使得复合材料的磁电耦合性能优异；(1‑y)Bi(1‑x)FeO(3‑1.5x)‑yBaTiO3···(Ⅰ)。

【技术实现步骤摘要】
一种0-3铁酸铋基磁电复合材料及其制备方法
本专利技术涉及功能材料
，尤其涉及一种0-3铁酸铋基磁电复合材料及其制备方法。
技术介绍
磁电耦合是一种能将电场能量和磁场能量相互转化的性质。磁电耦合材料在外加磁场的作用下可以改变其电极化状态，称之为正磁电耦合效应P＝αE·H；在电场作用下可以改变其磁极化状态，称之为逆磁电耦合效应M＝αH·E；其中P、M、E和H分别为极化强度、磁化强度、电场和磁场，αE和αH称为磁电耦合系数。1894年，Curie(居里)最先提出：结构不对称的分子在外加磁场下有可能发生极化；随后Landau(朗道)提出在磁有序的晶体中，可能存在着与磁场强度成正比的电极化现象和与电场强度成正比的磁极化现象；这就是最初的关于线性磁电效应的设想，并且最终被Rado、Astrov和Folen的实验所证实。1926年，德拜首次提出了“magnetoelectric”的定义，给磁、电之间的转换关系取名为“磁电耦合”。之后，研究者们陆续观测到了BiFeO3、Ti2O3、GaFeO3、PbFe0.5Nb0.5O3、方硼石、磷酸盐和钇铁石榴石等多种化合物的磁电耦合效应。磁电耦合效应可以直接基于铁电畴和铁磁畴之间的相互作用实现，也可以间接地通过应变来实现：如压电性和磁致伸缩性能的耦合以及压磁性和电致伸缩性能的耦合。单相多铁材料虽然同时具有铁电性和铁磁性(反铁磁性)，但相对于典型的铁电体和铁磁体来说，它们的铁电性和铁磁性都非常微弱，所以单相多铁材料的磁电耦合性能也比较小。为了得到比较大的磁电耦合性能，人们把目光放在了铁电体和铁磁体的复合材料上。因此，近几年来2-2，0-3，1-3等组合方式的复合材料被广泛的研究。其中0-3复合材料因为制备工艺简单是人们常用的复合方式，通常是以绝缘性能优良的铁电体作为基体，以绝缘性较差的铁磁体颗粒作为第二相。但是在制备0-3复合的磁电耦合材料中，人们发现铁磁体颗粒在铁电体基体中非常容易团聚，从而导致复合材料内部形成连通的导电通路，从而引起复合材料漏电和损耗增加，大大降低了复合材料自身的磁电耦合性能。如何制备第二相均匀分散的0-3复合磁电耦合材料一直是该领域的难点。就目前来看，还没有通过非化学计量配比制备0-3复合铁酸铋基陶瓷并提高其磁电耦合系数的方法的相关报道。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于本申请提供一种0-3铁酸铋基磁电复合材料及其制备方法，本申请提供的0-3铁酸铋基磁电复合材料第二相均匀分散，由此使得复合材料具有优异的磁电耦合性能。有鉴于此，本申请提供了一种如式(Ⅰ)所示的0-3铁酸铋基磁电复合材料，(1-y)Bi(1-x)FeO(3-1.5x)-yBaTiO3(Ⅰ)；其中，0＜x≤0.5，0＜y＜1。优选的，0＜x≤0.12。优选的，0.25≤y≤0.75。本申请还提供了所述的0-3铁酸铋基磁电复合材料的制备方法，包括以下步骤：将铋源、铁源、钡源和钛源按照如式(Ⅰ)所示的0-3铁酸铋基磁电复合材料中各成分的相对比例配料；将配料后的原料球磨后合成，得到合成粉体；将所述合成粉体球磨后加入粘结剂烧结，得到0-3铁酸铋基磁电复合材料；(1-y)Bi(1-x)FeO(3-1.5x)-yBaTiO3(Ⅰ)；其中，0＜x≤0.5，0＜y＜1。优选的，所述铋源为三氧化二铋，所述铁源为三氧化二铁，所述钡源为碳酸钡，所述钛源为二氧化钛。优选的，所述合成的过程具体为：将球磨后的粉体烘干后于800～900℃保温1h后再于900～1000℃保温1h。优选的，所述烧结的温度为900～1200℃，所述烧结的时间为3～4h。本申请提供了一种如式(1-y)Bi(1-x)FeO(3-1.5x)-yBaTiO3所示的0-3铁酸铋基磁电复合材料，其是一种缺铋的复合物，会自发地产生具有铁磁性的BaFe12O19相，形成铁磁的BaFe12O19相与铁电的BiFeO3-BaTiO3相的0-3复合陶瓷，从而大幅度提高铁酸铋基陶瓷的铁磁性和磁电耦合性能。另一方面，本申请在制备0-3铁酸铋基磁电复合材料的过程中，不需要首先分别合成铁电相和铁磁相，工艺更为简单，与传统的两相混合制备复合材料的方法相比，在制备过程中BaFe12O19相可以更为均匀的分散于铁电相中，从而获得更好的磁电耦合性能和介电性能。附图说明图1为本专利技术0.75Bi(1-x)FeO(3-1.5x)-0.25BaTiO3陶瓷和实施例3样品的压电系数变化趋势图；图2为本专利技术0.75Bi(1-x)FeO(3-1.5x)-0.25BaTiO3陶瓷的磁滞回线变化趋势图；图3为本专利技术0.75Bi(1-x)FeO(3-1.5x)-0.25BaTiO3陶瓷和实施例3样品磁电耦合系数变化趋势图；图4为本专利技术0.75Bi(1-x)FeO(3-1.5x)-0.25BaTiO3陶瓷和实施例3样品的背散射断面图像；图5为本专利技术0.75Bi(1-x)FeO(3-1.5x)-0.25BaTiO3陶瓷和实施例3样品的电滞回线变化趋势图。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。针对现有技术中0-3铁酸铋基磁电复合材料第二相分布不均匀的问题，本申请通过非化学计量配比的方法得到了一种缺铋的0-3铁酸铋基磁电复合材料，该复合材料的第二相均匀分散，具有优异的磁电耦合性能。具体的，本专利技术所述0-3铁酸铋基磁电复合材料具体如式(Ⅰ)所示；(1-y)Bi(1-x)FeO(3-1.5x)-yBaTiO3(Ⅰ)；其中，0＜x≤0.5，0＜y＜1。在上述式(Ⅰ)中，x为相对于化学计量的组分的缺铋量，y为组分中BaTiO3的量；具体的，0＜x≤0.5，在具体实施例中，0＜x≤0.12，同时，0＜y＜1，在具体实施例中，0.25≤y≤0.75。上述缺铋的0-3铁酸铋基磁电复合材料会自发地产生具有铁磁性的BaFe12O19相，形成铁磁的BaFe12O19相与铁电的BiFeO3-BaTiO3相的0-3复合陶瓷，从而大幅度提高铁酸铋基磁电复合材料的铁磁性和磁电耦合性能。同时，本申请还提供了所述的0-3铁酸铋基磁电复合材料的制备方法，包括以下步骤：将铋源、铁源、钡源和钛源按照如式(Ⅰ)所示的0-3铁酸铋基磁电复合材料中各成分的相对比例配料；将配料后的原料球磨后合成，得到合成粉体；将所述合成粉体球磨后加入粘结剂烧结，得到0-3铁酸铋基磁电复合材料；(1-y)Bi(1-x)FeO(3-1.5x)-yBaTiO3(Ⅰ)；其中，0＜x≤0.5，0＜y＜1。在上述制备0-3铁酸铋基磁电复合材料的过程中，本申请采用了常用的铁电陶瓷制备工艺，而没有事先分别合成铁电相和铁磁相，工艺更为简单；该方法制备的BaFe12O19相可以更为均匀的分散于铁电相，从而获得了更好的磁电耦合性能和介电性能。在上述制备0-3铁酸铋基磁电复合材料的过程中，首先将铋源、铁源、钡源和钛源按照式(Ⅰ)所示的0-3铁酸铋基磁电复合材料中各成分的化学计量比例配料；所述铋源、铁源、钡源和钛源为本领域技术人员熟知的材料，对此本申请没有特别的限制；在具体实施例中，所述铋源为三氧化二铋，所述铁源为三氧化二铁，所述钡源为碳酸钡，所述钛源为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种如式(Ⅰ)所示的0‑3铁酸铋基磁电复合材料，(1‑y)Bi(1‑x)FeO(3‑1.5x)‑yBaTiO3   (Ⅰ)；其中，0＜x≤0.5，0＜y＜1。

【技术特征摘要】
1.一种如式(Ⅰ)所示的0-3铁酸铋基磁电复合材料，(1-y)Bi(1-x)FeO(3-1.5x)-yBaTiO3(Ⅰ)；其中，0＜x≤0.5，0＜y＜1。2.根据权利要求1所述的0-3铁酸铋基磁电复合材料，其特征在于，0＜x≤0.12。3.根据权利要求1所述的0-3铁酸铋基磁电复合材料，其特征在于，0.25≤y≤0.75。4.权利要求1所述的0-3铁酸铋基磁电复合材料的制备方法，包括以下步骤：将铋源、铁源、钡源和钛源按照如式(Ⅰ)所示的0-3铁酸铋基磁电复合材料中各成分的相对比例配料；将配料后的原料球磨后合成，得到合成粉体；将所述合成粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：初宝进，潘祺，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34