一种层状类钙钛矿结构氧化物及其制备方法、应用技术

本发明专利技术涉及无机材料技术领域，特别涉及一种层状类钙钛矿结构氧化物及其制备方法和应用，所述的制备方法包括将反应原料、络合剂与溶剂混合以得到混合液；接着将所述混合液燃烧以得到燃烧粉体；再对所述燃烧粉体进行预烧处理和烧结处理，以得到层状类钙钛矿结构氧化物；其中，所述反应原料包括锶源化合物、钴源化合物和铁源化合物，所述络合剂为乙二胺四乙酸和/或柠檬酸；本发明专利技术中，Fe

【技术实现步骤摘要】
一种层状类钙钛矿结构氧化物及其制备方法、应用


[0001]本专利技术涉及无机材料
，特别涉及一种层状类钙钛矿结构氧化物及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]类钙钛矿层状结构的化合物是由钙钛矿层和非钙钛矿层沿某一方向堆叠而成的层状结构，如Aurivillius化合物，Ruddlesden
‑
Popper结构化合物等。目前，这一类材料因其具有的铁电性、高温铁磁绝缘体、室温交换偏置效应等独特的性能受到广泛关注。该类化合物中这种长程有序的堆垛结构具有一定的结构容忍性，为材料的分子设计及功能设计提供了很好的母体结构。例如，利用铁电材料钛酸铋(Bi4Ti3O
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)对一些钙钛矿层的容忍性，可以将磁性层BiFeO3嵌入到钙钛矿层中，形成结构式为(Bi2O2)(Bi
n
‑1Ti3Fe
n
‑3O
3n+1
)的材料从而获得良好的磁、电性能。
[0003]铁磁半导体材料可以用于开发磁阻器件、自旋阀结构等。然而，铁磁半导体材料的居里温度大多低于室温，限制了铁磁半导体器件的进一步开发和材料的进一步利用。因此，开发具有室温以及高于室温铁磁性的铁磁半导体材料，对于铁磁半导体器件的发展，尤其是开发高温铁磁半导体器件具有重要意义。
[0004]Sr4Fe6O
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最早应用于透氧膜领域，此外由于其同时具有离子导电和电子导电的特性从而在燃料电池等能源领域受到广泛关注，其周期性沿b方向堆叠是区别于大多数层状类钙钛矿氧化物的一大特点。对于这一特殊的材料，元素组成中含有大量的磁性元素Fe，加上其独特的晶体结构，有望展现出独特的磁学性能，有鉴于此，如何开发出更多不同元素组成且具有良好物理性能的材料已成为本领域的主要发展方向之一。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种层状类钙钛矿结构氧化物的制备方法，基于本专利技术提供的方法制备得到的层状类钙钛矿结构氧化物具有良好的高温铁磁性。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]本专利技术提供了一种层状类钙钛矿结构氧化物的制备方法，所述的制备方法包括将反应原料、络合剂与溶剂混合以得到混合液；接着将所述混合液燃烧以得到燃烧粉体；再对所述燃烧粉体进行预烧处理和烧结处理，以得到层状类钙钛矿结构氧化物；其中，所述反应原料包括锶源化合物、钴源化合物和铁源化合物，所述络合剂为乙二胺四乙酸和/或柠檬酸。
[0008]优选地，所述锶源化合物为硝酸锶；
[0009]所述钴源化合物为硝酸钴；
[0010]所述铁源化合物为硝酸铁或三氧化二铁；
[0011]所述溶剂为硝酸。
[0012]优选地，所述反应原料与所述溶剂的用量比为20g：(100～150)mL；
[0013]所述络合剂总摩尔量与所述反应原料中总的金属离子摩尔量的比例为(1～3)：1。
[0014]优选地，所述混合液的pH值为6～7。
[0015]优选地，将所述混合液燃烧形成燃烧粉体的条件至少满足，温度为400～450℃，时间为60～90min。
[0016]优选地，所述预烧处理的条件至少满足，温度为900～950℃，预烧时间为5～6h；
[0017]优选地，所述预烧处理的升温速率为4～5℃/min。
[0018]优选地，在预烧处理完成后，对预烧产物进行冷却、研磨处理，以得到预烧粉体，再对所述预烧粉体进行烧结处理；
[0019]优选地，将所述预烧粉体压制成型后进行烧结处理。
[0020]优选地，所述烧结处理的条件至少满足，烧结温度为1100～1180℃，烧结时间为10～12h；
[0021]优选地，所述烧结处理的升温速率为2～3℃/min。
[0022]本专利技术还提供了一种基于上述制备方法制备得到的层状类钙钛矿结构氧化物，所述层状类钙钛矿结构氧化物在300K时，剩余磁化强度≥1.7
×
10
‑1emu/g；在500K时，剩余磁化强度≥5.9
×
10
‑2emu/g；在700K时，剩余磁化强度≥1.4
×
10
‑2emu/g；在800℃下的电导率≥7.3S
·
cm
‑1。
[0023]本专利技术还提供了一种层状类钙钛矿结构氧化物在铁磁半导体材料中的应用，基于本专利技术提供的铁磁半导体材料，具体可举出如应用于制作自旋场效应晶体管、磁随机存储器、高温变压器、高温磁放大器和磁控的新型超晶格器件。
[0024]与现有技术相比，本专利技术提供的制备方法中，通过在母体Sr4Fe6O
13
中引入Co元素，构成新的名义组分为Sr4Fe5CoO
13
的化合物；而且，上述元素Co的掺杂对于层状化合物中的钙钛矿层的磁性调控具有积极意义，新引入了Fe
‑
O
‑
Co的铁磁交换作用机制增强了母体中的铁磁性，提高了材料的铁磁居里温度，同时又具有一定的半导体规律的导电性，使所得层状类钙钛矿结构氧化物具有高温铁磁性和半导体性质，能够作为陶瓷件在铁磁半导体材料方面的研究具有重要价值。
[0025]实验结果表明：本专利技术提供的层状类钙钛矿结构氧化物在300K时，剩余磁化强度≥1.7
×
10
‑1emu/g；在500K时，剩余磁化强度≥5.9
×
10
‑2emu/g；在700K时，剩余磁化强度≥1.4
×
10
‑2emu/g；在800℃下的电导率≥7.3S
·
cm
‑1。
[0026]本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式中予以详细说明。
附图说明
[0027]图1为实施例1所得产品的高分辨透射电子显微原子结构图像；
[0028]图2为实施例1所得产品的X射线衍射图谱；
[0029]图3为实施例1所得产品场冷与零场冷下单位质量样品磁矩随温度变化的曲线图；
[0030]图4为实施例1所得产品场冷曲线磁矩的一阶微分曲线图；
[0031]图5为实施例1所得产品300K时磁滞回线图；
[0032]图6为实施例1所得产品500K时零场冷下磁滞回线图；
[0033]图7为实施例1所得产品700K时零场冷下磁滞回线图；
[0034]图8为实施例1所得产品高温下的电导率随温度变化的曲线图。
具体实施方式
[0035]为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和附图，进一步阐明本专利技术。
[0036]下述实施例中所用的试验材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。实施例中未注明具体技术或条件者，均可以按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
[0037]如前所述，本专利技术提供了一种层状类钙钛矿结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种层状类钙钛矿结构氧化物的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括将反应原料、络合剂与溶剂混合以得到混合液；接着将所述混合液燃烧以得到燃烧粉体；再对所述燃烧粉体进行预烧处理和烧结处理，以得到层状类钙钛矿结构氧化物；其中，所述反应原料包括锶源化合物、钴源化合物和铁源化合物，所述络合剂为乙二胺四乙酸和/或柠檬酸。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锶源化合物为硝酸锶；所述钴源化合物为硝酸钴；所述铁源化合物为硝酸铁或三氧化二铁；所述溶剂为硝酸。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述反应原料与所述溶剂的用量比为20g：(100～150)mL；所述络合剂总摩尔量与所述反应原料中总的金属离子摩尔量的比例为(1～3)：1。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合液的pH值为6～7。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将所述混合液燃烧形成燃烧粉体的条件至少满足，温度为400～450℃，时间为60～90min。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预烧处理的条件至少满足，温度为900～950℃，预烧时间为5～6h；优选地，所述预烧处理的升温速...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆亚林，黄帅，彭冉冉，王建林，祝康，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：