铁酸铋一维纳米管及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了铁酸铋一维纳米管及其制备方法与应用。本发明专利技术在多铁一维纳米管制备过程中，使用自组装的静电纺丝仪器，配合溶胶-凝胶法，以高纯度的Bi(NO3)3·5H2O、Fe(NO3)3·9H2O和一定的掺杂元素如Nd(NO3)3·6H2O等为原料，用DMF为溶剂，PVP为高分子聚合物，然后在特定的温度、湿度、气压、电场、纺丝距离等条件下收集纺丝半成品，最后在特定的升温速率和温度进行热处理，得到一维多铁BiFeO3纳米管。该结构具有相对大的磁性和表面积，同时利用不同的烧结温度实现对纳米管磁性的调控。本发明专利技术为多铁纳米管的制备提供了一种更简单、更有效的制备方式，同时可以提高生产效率，将对提高我国光催化实验、数据存储器的制造、纳米磁电多铁材料的制备等具有重要的意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于信息存储器件的
，涉及新型非挥发信息存储器件重要组成部分的开发研究工作，更是一种具有相对较大磁性的新型多铁一维纳米管的特征及其制备方法。
技术介绍
近年来，纳米颗粒、纳米线、纳米带、纳米岛、纳米管等纳米材料相比块体材料具有较明显的性质区别，所以越来越受到人们的关注。人们尝试了许多方法研制一维纳米材料、研究它们的特性、以及探究其潜在应用。Fe, Co, 和CoPt等磁性材料的纳米管已经被多种方法制备成功。其中包括：电化学沉积法、热溶剂法。一维纳米材料BiFeO3作为一种磁性材料受到广泛关注。相比BiFeO3块体，一维BiFeO3纳米管具有高的光催化性，弱磁性，大的矫顽场，高的饱和磁化强度等特性。BiFeO3（BFO）的纳米管、纳米纤维、以及纳米棒都已经成功的制备，并且相对块体，其多铁性和光催化性都有所提高。有很多方法成功的合成了铁酸铋纳米管，其中包括：AAO模版法，水热反应，化学沉积法。其中静电纺丝法最容易获得BFO纳米线材料，同时产量也很大。但一维BFO纳米管的静电纺丝法制备一直未见报道。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于设计一种掺杂改性的方法，并提出了一种新的制备铁酸铋纳米管的工艺。本专利技术公开的
技术实现思路
如下：一种铁酸铋一维纳米管，其特征在于外直径在50-300 nm，内直径在10-60nm之间,具有铁酸铋纳米管晶体结构、属于R3c空间群，温室下成菱形钙钛矿结构。本专利技术进一步公开了铁酸铋一维纳米管的制备方法，其特征在于按照如下步骤进行：（1）以99.9%纯度的Bi (NO3)3·5H2O、Fe (NO3)3·9H2O、Nd (NO3)3·6H2O为原料，用DMF为溶剂，将原料在溶剂中充分溶解，加入高聚合物PVP(Mr=1300000)，使用磁力搅拌仪器进行快速的搅拌；其中Bi (NO3)3·5H2O：Fe (NO3)3·9H2O：Nd (NO3)3·6H2O的摩尔比为1:0.9:0.1.（2）采用静电纺丝仪器进行样品的制备和收集，纺丝电压为15kv, 纺丝距离为10cm， 相对湿度控制在30%左右，温度为30-37℃；（3）将收集的样品放在马弗炉中进行热处理，升温速率为1℃/分钟，在230-280℃保温1小时，最后分别在400-600℃煅烧2小时；得到铁酸铋一维纳米管。本专利技术所述的制备方法，其特征在于：所述所述步骤（1）中胶体的制备是改进的溶胶-凝胶法。只是用DMF为溶剂，以及高聚合物PVP.本专利技术所述的多铁一维纳米管是特定元素参杂（Nd）改性后的BiFeO3一维纳米管。本专利技术的多铁一维纳米管制备过程中，使用自组装的静电纺丝仪器，配合溶胶-凝胶法，以高纯度的Bi (NO3)3·5H2O、Fe (NO3)3·9H2O、Nd (NO3)3·6H2O为原料，用DMF为溶剂，PVP为高分子聚合物，然后在纺丝电压为15kv, 纺丝距离为10cm，相对湿度控制在30%左右，温度为30-37℃的条件下纺丝。然后将收集的样品放在马弗炉中进行热处理。升温速率为1度/分钟，在230-280℃保温1小时，最后分别在400-600℃煅烧2小时。本专利技术进一步公开了铁酸铋一维纳米管在制备数据存储器方面的应用。本专利技术为纳米管的制备提供了一种更有效的制备方式。同时可以提高生产效率，将对提高我国数据存储器的制造具有重要的意义。附图说明图1静电纺丝示意图；图2为本专利技术实施例1中铁酸铋纳米管的XRD测试图；图3为未烧结的铁酸铋纳米线/管SEM形貌图；图4为本专利技术实施例1中样品扫描电镜观察到的表面形貌图；其中（a）显示在400度煅烧之后形成了明显的纳米管；（b）是纳米管在450度烧结得到的样品；（c-e）是纳米管从多颗粒链向单颗粒链转变图；图5为铁酸铋纳米线/管的EDX谱；图6为本专利技术实施例1中样品透射电镜观察到的形貌图；从a-e分别是45 nm, 36 nm, 30 nm, 27 nm 和32 nm不同烧结温度纳米管内经的变化；图7为本专利技术实施例1中样品磁性测试结果。具体实施方式以下仅为本专利技术的较佳实施例，不能以此限定本专利技术的范围。即大凡依本专利技术申请专利范围所作的变化与修饰，皆应仍属本专利技术专利涵盖的范围。下面用实施例来具体说明本专利技术的结构和制备方法：其中的静电纺丝装置有市售。实施例1一维纳米管Nd0.1Bi0.9FeO3（NBFO）的结构为：外直径在100nm左右，内直径在10-60nm 之间。多铁NBFO纳米管升温速率为1度每分钟，煅烧温度分别为400，450，500，550，600℃。以高纯度（99.9%）的Bi (NO3)3·5H2O、Fe (NO3)3·9H2O、Nd (NO3)3·6H2O为原料，用5gDMF为溶剂，将硝酸盐充分溶解，其中Bi (NO3)3·5H2O加入0.5239g, Fe (NO3)3·9H2O加入0.4848g,Nd (NO3)3·6H2O加入0.0504g，再加入高分子聚合物PVP0.5g。在纺丝电压为15kv, 纺丝距离为10cm，相对湿度控制在30%-50%，温度为30-37℃的条件下纺丝。然后将收集的半成品放在马弗炉中进行热处理。升温速率为1℃/分钟，在280℃保温1小时，最后分别在400-600℃煅烧2小时。图2显示了多铁NBFO纳米线X射线衍射（XRD）图谱。 实施例2使用溶胶-凝胶模版法制备一维铁酸铋纳米管。使用直径为200nm 的AAO模版。将Bi (NO3)3·5H2O、Fe (NO3)3·9H2O按照摩尔比为1.05：1的比例溶解在乙二醇甲醚中。在80摄氏度下，使用磁力搅拌快速搅拌一小时。然后将溶胶沉寂在模版上，保持30分钟。使样品在真空状态下100摄氏度加热一小时，然后在600摄氏度的空气中退火两小时。使用6摩尔的NaOH,将铁酸铋纳米管显现出来，经过反复的清洗，形成纯的铁酸铋纳米管样品。在紫外线和可见光的照射下，铁酸铋纳米管表现出良好的光催化活性，纳米管也是由很多纳米颗粒形成的。当颗粒尺寸减小的时候，光催化活性增强。因为随着颗粒额尺寸的减小，产生的光生电子-空穴对在体内复合的几率减小，电子-空穴对更能有效迁移到催化剂表面。另一方面，纳米管的中控结构导致了比表面积的增大，从而为光催化反应提供了更多可利用的表面活性位置。下面以实施例1来说明本专利技术制备的铁酸铋纳米管的理化特性： 采用静电纺丝技术制备多铁Nd0.1Bi0.9FeO3（NBFO）纳米管。以高纯度（99.9%）的Bi (NO3)3·5H2O、Fe (NO3)3·9H2O、Nd (NO3)3·6H2O为原料,用DMF为溶剂，硝酸盐充分溶解后再加入高分子聚合物PVP。在纺丝电压为15kv, 纺丝距离为10cm，相对湿度控制在30%左右，温度为30-37℃的条件下纺丝。然后将收集的样品放在马弗炉中进行热处理。升温速率为1℃/分钟，在280℃保温1小时，最后分别在400-600℃煅烧2小时。理化特性如下：（1）使用改进的溶胶-凝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁酸铋一维纳米管，其特征在于外直径在50‑300 nm，内直径在10‑60nm 之间,温室下具有菱形钙钛矿结构的铁酸铋纳米管，属于R3c空间群。

【技术特征摘要】
1.一种铁酸铋一维纳米管，其特征在于外直径在50-300 nm，内直径在10-60nm 之间,温室下具有菱形钙钛矿结构的铁酸铋纳米管，属于R3c空间群。
2.权利要求1所述铁酸铋一维纳米管的制备方法，其特征在于按照如下步骤进行：
（1）以99.9%纯度的Bi (NO3)3·5H2O、Fe (NO3)3·9H2O、Nd (NO3)3·6H2O为原料，用DMF为溶剂，将原料在溶剂中充分溶解，加入高聚合物PVP(Mr=1300000)，使用磁力搅拌仪器进行快速的搅拌；其中Bi (NO3)3·5H2O...

【专利技术属性】
技术研发人员：王守宇，郭峰，刘卫芳，李秀，李梦，王旭，
申请(专利权)人：天津师范大学，
类型：发明
国别省市：天津;12