铁酸镓纳米纤维、铁酸镓纳米纤维的制造方法和用途技术

本发明专利技术涉及铁酸镓纳米纤维、铁酸镓纳米纤维的制造方法和用途。铁酸镓纳米纤维是具有室温单相多铁性的铁电性与铁磁性铁酸镓纳米纤维丝，其组成化学式为Ga

【技术实现步骤摘要】
铁酸镓纳米纤维、铁酸镓纳米纤维的制造方法和用途
本专利技术涉及铁酸镓的
，尤其是涉及铁酸镓纳米纤维、铁酸镓纳米纤维的制造方法和用途。
技术介绍
众所周知，铁电性通过铁电晶体中原子位移形成的自发极化实现数字信息的存储；与此相对，铁磁性通过铁磁材料中电子自旋的有序排列实现信息的存储。磁电耦合多铁性材料(Magnetoelectriccouplingmultiferroics)是指同时具有铁电性（电序）和铁磁性（磁序）的化合物。多铁性材料具有以下特点：（1）铁电、铁磁二性共存，电荷有序与自旋有序存在较强关联耦合；（2）通过调控电场来改变磁极化状态，应用到高密度的信息存储器当中，可以减小产生的焦耳热。磁电材料的应用将有助于解决这类存储器高能耗的问题，实现低能耗、快速存储、处理等功能；（3）多铁性材料具有电荷、自旋两个自由度，通过外加电场和磁场对它们分别进行控制，可用来设计研制三进制或四进制存储器件，实现信息的高密度存储。多铁性材料的上述优点使得其受对于非易失性存储、磁传感器、可调微波设备和自旋电子设备等具有极大的应用前景。在过渡金属氧化物中，电极化需要满足d电子轨道的电子为0，而长程磁有序需要满足d电子轨道有部分电子存在。因此，原则上铁电性与长程磁有序是很难在同一个材料体系中共存并且相互调控的。所以使得单相多铁材料非常稀少，而且其往往受限于反铁磁有序和低温条件，使其在实际器件中的应用面临巨大挑战。目前研究最多的多铁材料就是BiFeO3材料，但它也存在铁磁性弱以及漏电流较大的缺点，因此需要寻找一种新型的多铁材料。GaxFe2-xO3是一种室温压电性、低温亚磁性材料，由于Fe3+与Ga3+半径相近，使得两种离子可以随机地分布在四个阳离子位，当Fe离子过量时，过量的Fe离子可能会取代Ga2位置的Ga离子，相邻Fe离子在Fe1与Ga2位之间相当强的反铁磁性超交换相互作用可能增强了亚铁磁自旋排序，增强了铁磁性，因此通过调整Fe、Ga化学计量比，可以将其磁转变温度提升到室温以上，因此GaxFe2-xO3是一种潜在的室温单相多铁材料，近年来也引起了人们越来越多的关注。但是目前有公开GaxFe2-xO3材料能够在室温下具有铁磁性，但是压电性能不符合非易失性存储、磁传感器、可调微波设备和自旋电子设备等的要求。中国专利技术专利CN101410331B公开了一种磁性材料，其具有对应于ε-Fe2O3的结晶结构的X射线衍射峰，包含用Ga3+离子取代ε-Fe2O3结晶的部分Fe3+离子位而成的ε-GaxFe2-xO3的结晶，其中，0＜X＜1，并包含通过TEM照相测定的平均粒子体积为20000nm3以下的微细粉末粒子。上述方案得到的ε-GaxFe2-xO3的粉末粒子的压电性能不符合非易失性存储、磁传感器、可调微波设备和自旋电子设备等的要求。现有技术中也有将铁酸镓材料做成薄膜，但是薄膜受基底的约束，也会明显影响材料的铁电性能。
技术实现思路
本专利技术的目的一是提供一种铁酸镓纳米纤维，具有更大的长径比，在室温下兼具良好的铁电性、铁磁性能，符合非易失性存储、磁传感器、可调微波设备或自旋电子设备的要求。本专利技术的目的一是通过以下技术方案得以实现的：一种铁酸镓纳米纤维，是具有室温单相多铁性的铁电性与铁磁性的铁酸镓纳米纤维丝，铁酸镓纳米纤维丝的组成化学式为GaxFe2-xO3，x的数值范围为0.6-1.0，铁酸镓纳米纤维丝的直径在300nm以下。通过采用上述技术方案，制得的铁酸镓纳米纤维具有更大的长径比，可以放大由压电效应或磁致伸缩效应引起的位移，并且不受基底的约束，具有更好的物理、化学性能，同时也具有更显著的磁电耦合效应。在室温下兼具良好的铁电性、铁磁性能，符合非易失性存储、磁传感器、可调微波设备或自旋电子设备的要求。经测试，x的数字在上述范围时，能够同时保证铁酸镓纳米纤维丝在室温下具有很好的铁电性能和铁磁性能。本专利技术进一步设置为：铁酸镓纳米纤维丝的第二纤维结构直径为100~250nm。经测试，上述直径更容易控制，而且结构也更加稳定。本专利技术的目的二是提供一种铁酸镓纳米纤维的制造方法，制得的铁酸镓纳米纤维不受基底的约束，可以放大由压电效应或磁致伸缩效应引起的位移，在室温下兼具铁磁性和铁电性；符合非易失性存储、磁传感器、可调微波设备和自旋电子设备等的要求。本专利技术的目的二是通过以下技术方案得以实现的：铁酸镓纳米纤维的制造方法，包括以下步骤：采用溶胶凝胶法配制铁酸镓前躯体溶液；将充分陈化的铁酸镓前躯体溶液进行静电纺丝，获得具有第一纤维结构直径的铁酸镓前躯体纤维丝；将所述铁酸镓前躯体纤维丝进行热处理，得到铁酸镓纳米纤维丝，所述铁酸镓纳米纤维丝具有室温单相多铁性的铁电性与铁磁性并具有第二纤维结构直径，所述第二纤维结构直径小于所述第一纤维结构直径，并且所述铁酸镓纳米纤维丝的第二纤维结构直径在300nm以下。通过将铁酸镓前躯体纤维的充分陈化，使各组分充分反应，再热处理获得铁酸镓前躯体纤维丝，形状规则、成份均一，相对于铁酸镓纳米纤维薄膜具有更大长径比的纳米纤维结构，不受基底的约束，可以放大由压电效应或磁致伸缩效应引起的位移，在室温下兼具铁磁性和铁电性；具有更好的物理、化学性能，同时也具有更显著的磁电耦合效应，符合非易失性存储、磁传感器、可调微波设备和自旋电子设备等的要求。本专利技术的制备方法简单，用到的装置也比较简单，操作方便，具有很高的重复性。经过热处理后得到的铁酸镓纳米纤维丝的第二纤维结构直径更小，而且在收缩过程中不易断裂，更容易获得性能优异的铁酸镓纳米纤维丝。本专利技术进一步设置为：第二纤维结构直径相对于第一纤维结构直径收缩率为20~80%。通过控制原料配比，进而控制收缩率，经过测试发现，收缩率为20~80%时，更不容易断裂。本专利技术进一步设置为：第二纤维结构直径相对于第一纤维结构直径收缩率为30~60%。通过控制原料配比，进而控制收缩率，经过测试发现，收缩率为30~60%时，更不容易断裂。静电纺丝过程中纤维丝更不容易发生团聚，获得的成品率更高。本专利技术进一步设置为：铁酸镓前躯体溶液的浓度为0.2~0.5mol/L。通过上述技术方案，既能够保证静电纺丝过程中丝不容易断，又不容易堵塞静电纺丝过程中使用的注射器。本专利技术进一步设置为：配制铁酸镓前躯体溶液包括以下步骤：将硝酸铁、硝酸镓溶解于去离子水和无水乙醇的混合溶剂中，搅拌，使上述组分充分溶解；再加入有机酸进行络合反应，其中有机酸为柠檬酸和草酸中的一种或两种；在上述混合溶剂中加入助纺剂，搅拌均匀后静置1~3天，得到均一稳定透明的铁酸镓前躯体溶液。去离子水和无水乙醇的挥发性适宜，铁酸镓前躯体溶液更容易在喷头处形成泰勒锥，还不容易造成喷头堵塞，纤维丝也不容易粘结在一起。而且经测试发现，先将去离子水和无水乙醇混合后再溶解其他组分，得到的纤维丝形状更加规则、统一，也更不容易断裂；去离子水和无水乙醇环保、节能，成本低。本专利技术进一步设置为：配制铁酸镓前躯体溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铁酸镓纳米纤维，其特征是，是具有室温单相多铁性的铁电性与铁磁性的铁酸镓纳米纤维丝，铁酸镓纳米纤维丝的组成化学式为Ga

【技术特征摘要】
1.一种铁酸镓纳米纤维，其特征是，是具有室温单相多铁性的铁电性与铁磁性的铁酸镓纳米纤维丝，铁酸镓纳米纤维丝的组成化学式为GaxFe2-xO3，x的数值范围为0.6-1.0，铁酸镓纳米纤维丝的直径在300nm以下。


2.根据权利要求1所述的铁酸镓纳米纤维，其特征是，铁酸镓纳米纤维丝的直径为100~250nm。


3.铁酸镓纳米纤维的制造方法，其特征是，包括以下步骤：
采用溶胶凝胶法配制铁酸镓前躯体溶液；
将充分陈化的铁酸镓前躯体溶液进行静电纺丝，获得具有第一纤维结构直径的铁酸镓前躯体纤维丝；
将所述铁酸镓前躯体纤维丝进行热处理，得到铁酸镓纳米纤维丝，所述铁酸镓纳米纤维丝具有室温单相多铁性的铁电性与铁磁性并具有第二纤维结构直径，所述第二纤维结构直径小于所述第一纤维结构直径，并且所述铁酸镓纳米纤维丝的第二纤维结构直径在300nm以下。


4.根据权利要求3所述的铁酸镓纳米纤维的制造方法，其特征是，第二纤维结构直径相对于第一纤维结构直径收缩率为30~60%。


5.根据权利要求3所述的铁酸镓纳米纤维的制造方法，其特征是，铁酸镓前躯体溶液的浓度为0.2~0.5mol/L。


6.根据权利要求5所述的铁酸镓纳米纤维的制造方法，其特征是，配制铁酸镓前躯体溶液包括以下步骤：
将硝酸铁、硝酸镓溶解于去离子水和无水乙醇的混合溶剂中，搅拌，使上述组分充分溶解；再加入有机酸进行络合反应，其中有机酸为柠檬酸和草酸中的一种或两种；
在上述混合溶剂中加入助纺剂，搅拌均匀后静置1~3天，得到均一稳定透明的铁酸镓前躯体溶液。


7.根据权利要求6所述的铁酸镓纳米纤维的制造方法，其特征是，配制铁酸镓前躯体溶液步骤中去离子水和无水乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：訾孟飞，钟高阔，李江宇，安峰，任传来，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44