本发明专利技术涉及一种由多铁性纳米带材料形成的多铁性单晶纳米带及其制备方法。本发明专利技术的多铁性纳米带材料的化学式为Bi4.2K0.8Fe2O9.7，由其制成的多铁性单晶纳米带以为生长方向，以为纳米带宽度方向，以为纳米带的厚度方向，并且具有一个公度的调制结构，其平均结构同构于高温超导体Bi2Sr2CaCu2O8。本发明专利技术的Bi4.2K0.8Fe2O9.7单晶纳米带可用于制备多铁性纳米器件。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于多铁纳米材料及其制备
，特别地涉及。
技术介绍
多铁性材料是继高温超导材料、庞磁电阻材料之后有着最丰富物理内涵的材料体系之一，其在凝聚态基本理论研究和新型多功能材料开发应用等方面都有深远的意义。多铁性材料同时具有磁性和铁电性，而且二者通常具有相互作用，会表现出磁电耦合效应，即材料具有在磁场作用下产生铁电极化或在电场作用下产生磁化的特性。因此，多铁性材料不仅可以分别应用在磁性材料和铁 电材料各自的领域中，而且还能在一个器件中实现多种功用，这为下一代高密度、超快速、多功能的信息存储器件等提供了重要的材料基础。近几年的研究中，人们已经在多铁性材料构成的器件中实现了电场对材料磁性质的调控，或者实现磁场对材料铁电和介电性质的调控，这大大加快了基于多铁性材料的器件走向应用的步伐。然而，已经发现的多铁性材料还很少，尤其是在室温环境下具有多铁特性的材料更为稀少。一方面，目前被广泛公认的室温多铁性材料只有铁酸铋BiFeO3 (Science，2003年，第299卷，第1719-1722页；Science, 2009年，第326卷，第977-980页，等等)，但是由于其铁电性和磁性分别起源于不同的离子，BiFeO3磁电耦合效应并不是特别强；另一方面，研究者在一些多铁性材料中如TbMn03、GaFe03等发现了较强的磁电耦合效应(Nature，2003年，第 426 卷，第 55-58 页；Nature Materials, 2009 年，第 8 卷，第 558-562 页，等等)，但是效应只能发生在极低温和强磁场下。上述两个方面的因素大大制约了基于多铁性材料的实用器件的进一步发展，所以探索具有较高多铁序转变温度的新材料是这一领域的研究重点之一 O
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有室温多铁性的单晶纳米带，并且利用简单的水热法来制备这种多铁性单晶纳米带。因此，在第一个方面，本专利技术提供了一种多铁性材料，其特征在于其化学式为Bi! 2^0. SFe2O9.7。在第二个方面，本专利技术提供了一种多铁性单晶纳米带(下面有时简称为“本专利技术的单晶纳米带”)，其由本专利技术的多铁性材料形成，其特征在于以〈100〉为生长方向，以〈010〉为纳米带宽度方向，以〈001〉为纳米带的厚度方向，并且具有结构调制现象，其调制波矢为(0，0. 25，I)，即形成b轴加大4倍的超结构相。本专利技术的单晶纳米带在室温下具有铁电性和/或磁性的性质。在第三个方面，本专利技术提供了制备本专利技术的单晶纳米带的方法(下面有时简称为“本专利技术的方法”)，该方法包括以下步骤(I)取摩尔比21 10的硝酸铋和硝酸铁溶解在硝酸中，加热搅拌后配制成铋离子浓度为O. 05 O. 2mol/L的澄清溶液1，(2)将溶液I与浓氢氧化钾溶液混合，使钾离子的最终浓度不低于9mol/L，得到的悬浊液作为反应前驱液2,(3)将反应前驱液2以I 2°C /min的升温速率加热至150 200°C，保温20 300分钟后自然冷却至室温后，得到多铁性Bi4.2Ka8Fe209.7单晶纳米带。在本专利技术的方法的一个优选实施方案中，步骤(3)在水热釜中进行。在第四个方面，本专利技术的单晶纳米带还可以用于制备多铁性纳米器件，使得纳米器件也具备室温下的铁电性和/或磁性性质。本专利技术的有益效果1.本专利技术利用简单易行的水热法，首次成功地合成出了一种在室温下同时具有铁电性和磁性的化学式为Bi4.2Ka8Fe209.7的单晶纳米带。2.本专利技术的化学式为Bi4 2Ka8Fe2O9 7的多铁性材料，其结构同构于高温超导体Bi2Sr2CaCu2O8，具有不同于过去已知多铁性材料的结构特点，其由于在c轴方向上由结构上类似铁酸铋的钙钛矿层和绝缘性好的盐岩层交替排列而成，所以具有天然的磁电-介电超晶格结构。3.本专利技术的Bi4.2Ka8Fe209.7多铁性单晶纳米带，在信息存储、传感器、卫星通讯、微波等领域有着广泛的应用前景，在基础物理研究方面也有重要意义。4.本专利技术采用的合成方法设备简单，成本低廉，反应条件温和，生产过程及产物对环境无污染，产物产率高，适合工业化生产。并且本专利技术的制备方法对合成具有类似结构的新材料也具有指导意义。附图说明图1是根据实施例1制备的本专利技术的单晶纳米带的X射线衍射(XRD)图谱。图2是根据实施例1制备的本专利技术的单晶纳米带的X射线能量散射(EDS)谱图。图3是根据实施例1制备的本专利技术的单晶纳米带的JSM-6700F场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)低倍数形貌照片。图4是根据实施例1制备的本专利技术的单晶纳米带的JSM-6700F场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)高倍数形貌照片。图5是根据实施例1制备的本专利技术的单晶纳米带的JE0L-2010透射电子显微镜(TEM)形貌照片。图6是根据实施例1制备的本专利技术的单晶纳米带的Tecnai F20高分辨透射电子显微镜(HRTEM)的晶格条纹相照片。 图7是根据实施例1制备的本专利技术的单晶纳米带沿不同晶带轴方向的选区电子衍射(SAED)斑点照片。图8是根据实施例1制备的本专利技术的单晶纳米带的磁化强度随温度变化关系图。图9是根据实施例1制备的本专利技术的单晶纳米带在室温下的磁滞回线图。图10是将根据实施例1制备的本专利技术的单晶纳米带压制成的块材在室温下的电滞回线图。具体实施例方式本专利技术涉及在室温下同时具有铁电性和磁性的Bi4.2Ka8Fe209.7单晶纳米带及其制备方法。作为本专利技术的方法的一个优选实施方案的实例，本专利技术的单晶纳米带可根据下面的示例步骤制备取摩尔比21 10的五水硝酸铋和九水硝酸铁溶解在浓度为O. 5 3mol/L的硝酸中，加热搅拌后配制成铋离子浓度为O. 05 O. 2mol/L的澄清溶液I。然后将溶液I与浓氢氧化钾溶液混合，使钾离子的最终浓度不低于9mol/L，得到的悬浊液作为反应前驱液2。接下来把搅拌充分的反应前驱液2转移到水热釜里，把水热釜以I 2V Mn的升温速率加热至150 200°C，保温20 300分钟。在水热釜随炉自然冷却至室温后，把最终的反应产物通过离心法收集，并用去离子水和无水乙醇洗涤数次，则得到多铁性Bi4.2Ka8Fe209.7单 晶纳米带。根据本专利技术的方法制成的单晶纳米带在室温下同时具有铁电性和磁性的性质。根据本专利技术的方法的优选实施方案制成的Bi4.2Ka8Fe209.7纳米带在室温下的剩余电极化强度约为O. 75 μ C/cm2，其剩余磁化强度约为O. 25memu/g。以下通过实施例来进一步阐明本专利技术。但是应该理解，所述实施例只是举例说明的目的，并不意欲限制本专利技术的范围和精神。实施例1 :把O. 4mmol的五水硝酸秘,O. 19mmol的九水硝酸铁和ImL浓硝酸放入25mL的烧杯中，加热搅拌并加入去离子水，配成总体积为5mL的淡黄色澄清溶液。然后将上述溶液缓慢滴加至盛有配制好的体积为15mL浓度为12mol/L的氢氧化钾溶液的25mL烧杯中，滴加过程中保持强烈的搅拌，得到的悬浊液作为反应前驱液。接下来把搅拌充分的反应前驱液转移到容积为25mL的带有四氟乙烯内衬的水热釜里，把水热釜用坩埚炉以2°C /min的升温速率加热至190°C，保温90分钟。在水热釜随炉自然冷却至室温后，把最终的反应产物通过离心法收集，并用去离子本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多铁性材料，其特征在于其化学式为Bi4.2K0.8Fe2O9.7。
【技术特征摘要】
1.一种多铁性材料，其特征在于其化学式为Bi4.2Ka8Fe209.7。2.一种多铁性单晶纳米带，其由权利要求1所述的多铁性材料形成，其特征在于以 <100>为生长方向，以〈010〉为纳米带宽度方向，以〈001〉为纳米带的厚度方向，并且具有一个公度的调制结构。3.根据权利要求2所述的多铁性单晶纳米带，其特征在于其在室温下具有铁电性和/ 或磁性。4.一种多铁性纳米器件，其包括权利要求2或3所述的多铁性单晶纳米带。5.一种制备权利要求2或3所述的多铁性单晶纳米带的方法，该方法包括以下步骤(1)取摩尔比21 10的硝酸铋和硝酸铁溶解在硝酸中...
【专利技术属性】
技术研发人员：董思宁，姚一平，刘愉快，陆亚林，李晓光，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：
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