一种单相多铁材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种单相多铁材料及其制备方法，属于多铁材料领域。该单相多铁材料的结构为Pr2NiMnO6/La2NiMnO6(PLNMO)，具有室温多铁性质，铁电铁磁转变温度皆高于室温，同时具有自发极化强度，且宏观磁序显示铁磁性。原料组成为Pr2O3‑La2O3‑NiO‑MnO2系的硝酸化合物，通过固相法、共沉淀法或溶胶‑凝胶法制备。本发明专利技术提供的PLNMO单相多铁材料，在具有自发极化的同时实现了室温及以上的铁磁转变，并且可达到纳米级别。

A single phase multi iron material and its preparation method

The invention relates to a single-phase multiferroic material and a preparation method thereof, belonging to the field of multiferroic materials. The structure of the single-phase multi iron material is Pr2NiMnO6/La2NiMnO6 (PLNMO), which has the properties of multi iron at room temperature. The ferroelectric ferromagnetic transition temperature is higher than room temperature, and it has the spontaneous polarization intensity, and the macroscopic magnetic order shows ferromagnetism. Nitric acid compounds consisting of Pr2O3_La2O3_NiO_MnO2system were prepared by solid phase method, co-precipitation method or sol-gel method. The PLNMO single-phase multi-iron material provided by the invention can realize the ferromagnetic transformation at room temperature and above while having the spontaneous polarization, and can reach the nanometer level.

【技术实现步骤摘要】
一种单相多铁材料及其制备方法
本专利技术涉及一种单相多铁材料及其制备方法，属于多铁材料领域。
技术介绍
多铁材料是在临界温度下同时表现出磁有序和电有序行为的一类材料，在航天、通信、电子器件等领域有着潜在的巨大应用价值。到目前为止，单相多铁材料的种类依然十分缺乏。在已知的多铁材料中，BiFeO3是最受关注的，它具有很高的铁电铁磁转变温度(TN＝880K，TC＝643K)，但是其宏观磁矩为G型反铁磁性，不适合实际应用。所以，寻找室温以上的铁电铁磁转变温度、宏观磁序显示为铁磁性的磁电材料是多铁领域的重中之重。双钙钛矿型稀土镍锰氧化物类材料是近几十年来强关联材料研究热点之一，一般通过固相法、共沉淀法和溶胶-凝胶法制备。Bi2NiMnO6的铁电转变温度为470K，且通过Ni、Mn离子与氧离子的间接交换作用表现为铁磁性，但铁磁转变温度仍在140K。目前，大多数钙钛矿材料的铁电转变温度都在400K以上，但是铁磁转变温度都在室温以下。浙江大学的陈湘明课题组发现稀土双钙钛矿超晶格La2NiMnO6具有铁电铁磁转变温度皆高于室温，但是不存在自发极化，不适合实际应用。
技术实现思路
针对上述存在问题或不足，为解决具有自发极化的单相多铁材料不具有室温铁磁转变温度这一技术问题，本专利技术提供了一种单相多铁材料及其制备方法。该单相多铁材料的结构为Pr2NiMnO6/La2NiMnO6(PLNMO)，具有室温多铁性质，铁电铁磁转变温度皆高于室温，同时具有自发极化强度，且宏观磁序显示铁磁性。其原料组成为Pr2O3-La2O3-NiO-MnO2系的硝酸化合物，通过固相法、共沉淀法或溶胶-凝胶法制备。溶胶-凝胶法的制备过程如下：步骤1：将原料按金属阳离子的摩尔比0.95～1.05:0.95～1.05:0.95～1.05:0.95～1.05的比例溶解在去离子水中，进行搅拌混匀；步骤2：将柠檬酸(C6H8O7)作为络合剂加入到步骤1制备的混合溶液中，搅拌均匀，柠檬酸与总的金属阳离子摩尔比为1.5～2.5:1；步骤3：在步骤2制备的混合溶液中加入氨水使溶液的pH值为6～9；步骤4：对步骤3制备的混合溶液进行加热搅拌，加热温度保持在50～90℃，随着液体的蒸发，溶液的颜色变深，直至成为湿凝胶；步骤5：将步骤4制备的湿凝胶干燥，成为干凝胶，干燥温度：80～150℃；步骤6：研磨步骤5制备的干凝胶，在300～600℃预烧2～4h去除柠檬酸，然后在1050～1150℃烧结2.5～3.5h，即可制得Pr2NiMnO6/La2NiMnO6单相多铁材料，烧结气氛为氧气或空气。固相法制备的样品常常会偏离化学计量，成分和相也会不均匀，得到的材料性能往往不佳；草酸盐或碳酸盐共沉淀法获得的样品性能较好，但沉淀颗粒尺寸较大，相互混合均匀性不好。溶胶-凝胶法所用络合剂有些价格较贵，而且工艺比较复杂，胶体的成胶条件苛刻，满足条件的pH值范围窄，且往往需要经过两到三次以上的烧结才能合成所需产品，生产周期较长，且烧结温度往往较高。本专利技术选用的溶胶-凝胶方法，只需一步煅烧即可得到PLNMO纯相纳米粉体，无需反复烧结，得到粉体尺寸在纳米级。克服了样品偏离化学计量比，成分不均等问题，使得各组分元素在原子级别混合，从而保证了PLNMO纯相纳米粉体的合成。溶胶-凝胶法虽然复杂一些，但能够克服前两种方法的缺点，制得的样品性能最好。而且通过寻找合适的络合剂并优化胶体制备以及烧结工艺可以极大简化工艺步骤，降低生产成本，提高产量。综上所述，本专利技术提供的PLNMO单相多铁材料，在具有自发极化的同时实现了室温及以上的铁磁转变，并且可达到纳米级别。附图说明图1为PLNMO晶体的结构示意图；图2为实施例制备的纳米粉体的X射线衍射图；图3为实施例制备的纳米粉体的扫描电子显微镜测试结果；图4为实施例制备的纳米粉体在磁性能测试结果。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术做进一步的详细说明。步骤1：按摩尔比1:1:1:1的比例称量原料六水硝酸镧(La(NO3)3·6H2O)、硝酸镨(Pr(NO3)2)、六水硝酸镍(Ni(NO3)2·6H2O)、以及50％浓度的硝酸锰溶液(50％Mn(NO3)2·6H2O)，并溶解在去离子水中，在磁力搅拌器中水浴加热搅拌1h，得到均匀混合溶液，此时溶液成绿色，水浴温度为70℃；步骤2：将柠檬酸加入到步骤1制备的混合溶液中，继续用磁力搅拌器在70℃的水浴条件下搅拌1h，柠檬酸与金属阳离子的摩尔比是2:1。步骤3：在步骤2制备的混合溶液中逐滴加入氨水直至溶液的pH值为8；步骤4：对步骤3制备的混合溶液继续进行水浴搅拌加热，水浴温度保持在70℃，搅拌时长为5h，得到深绿色糊状湿凝胶；步骤5：将步骤4获得的湿凝胶放入90℃的烘箱中干燥24h，成为干凝胶；步骤6：将步骤5制备的干凝胶在研钵中研磨成粉后，在500℃的空气气氛中预烧3h，然后在1100℃的空气氛围中烧结3h，最后得到黑色的Pr2NiMnO6/La2NiMnO6粉体。在常温的条件下，将所得的纳米粉体样品在X射线衍射仪上进行物相分析；利用扫描电子显微镜(SEM)对样品进行尺寸及表面形貌的表征；利用PPMS对样品进行磁性能的测试，表征其铁磁转变温度。如图2所示，实施例制备出的PLNMO粉体的XRD图谱，没有出现杂峰，说明样品为纯相；样品显示单斜结构，空间群为P2l/n。如图3所示，样品具有球状颗粒的形貌，样品平均尺寸在400nm，达到纳米级。如图4所示(测试温度200-400K，外加磁场2000Oe)可以看到明显具有的铁磁性的磁化曲线，材料的磁化强度在305K附近有一个陡峭的下降；居里温度相关的尖锐磁化率峰，表明出现了顺磁-铁磁转变。说明样品表现出铁磁行为，磁相变点在305K左右。综上可见，本专利技术提供的PLNMO单相多铁材料，具有室温铁磁转变温度，且宏观磁序为铁磁性，且能达到纳米级别。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单相多铁材料，其特征在于：结构为Pr2NiMnO6/La2NiMnO6，其原料组成为Pr2O3‑La2O3‑NiO‑MnO2系的硝酸化合物，通过固相法、共沉淀法或溶胶‑凝胶法制备。

【技术特征摘要】
1.一种单相多铁材料，其特征在于：结构为Pr2NiMnO6/La2NiMnO6，其原料组成为Pr2O3-La2O3-NiO-MnO2系的硝酸化合物，通过固相法、共沉淀法或溶胶-凝胶法制备。2.如权利要求1所述单相多铁材料，其特征在于：采用溶胶-凝胶法制备；制备过程如下：步骤1：将原料按金属阳离子的摩尔比0.95～1.05:0.95～1.05:0.95～1.05:0.95～1.05的比例溶解在去离子水中，进行搅拌混匀；步骤2：将柠檬酸C6H8O7作为络合剂加入到步骤1制备的混合溶液中，搅拌均匀，柠檬酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆海鹏，杨雯，谢建良，邓龙江，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51