两相磁性复合粉体及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于材料科学领域，涉及一种NiFe204/Bi2Fe409两相磁性复合粉体及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着现代科学技术的高速发展，人们对各种器件的微型化、智能化、多功能化、集成化、高性能等方面提出了更高的要求，所以迫切需要开发出具有多种功能的先进材料，铁电、压电以及铁磁材料是以电、磁、声、光、力学、热等信号的检测、转换、传递、存储和处理等功能为特征的材料，在集成电路、自动控制、通讯技术、测绘技术等高科技领域具有重要而广泛的应用，在国民经济和国防建设中占有十分重要的地位。而同时存在铁电性和铁磁性的多铁性材料就是其中重要的一类，多铁材料是一种同时具有铁电性、铁磁性或铁弹性的材料，并且具有极化和磁化的相互作用所产生的磁电耦合效应，是一种兼具铁电材料和铁磁材料优点于一身的新型材料，在设计和研发新型高密度储存器件、自旋电子器件，磁电耦合传感器件等方面都有广泛的应用前景。
[0003]Bi2Fe4O9是一种重要的多铁性功能材料，Bi 2Fe409的晶体结构、制各、以及磁学性质成为了人们重要的关注热点。Bi2Fe4O9属于斜方晶系，空间群为P4mm。Bi 2Fe409在晶体结构上含有八面体和四面体两种阳离子配位构型。Bi2Fe4O9的晶体结构是由Fe-O八面体和B1-O六面体连接组成的，每个晶胞由四个Bi3+和8个Fe 3+组成。具有磁性的铁氧面与非磁性的铋氧面形成层状结构，铁离子占据四面体和八面体结合点位置，从而导致磁性行为。在室温下，Bi2Fe4O9同时具有铁电有序和G型反铁磁有序，是少数在室温下具有弱的铁磁性和铁电性材料。现在工业生产中要求磁电材料具有尽可能大的矫顽场、高的饱和磁化强度和高的磁电耦合系数等，这些严重限制了 Bi2Fe4O9在实际中的应用。
[0004]为了得到具有高饱和磁化强度并且高的矫顽力的磁电材料，通常人们选择用掺杂改性或用不同的材料进行复合来实现这一目的。为了改善Bi2Fe4O9的铁磁性，学者做了大量研宄。其中Dutta，Dimple P等人用超声波化学分散法制备Sc掺杂Bi2Fe4O9样品，然后用磁强振动计测量掺杂前、后的铁磁性，从掺杂后的磁滞回线与纯相磁滞回线对比得出磁性能有所提尚。复合主要引入其他相进而提尚其铁电性和磁性，NiFe2O4是一种常用的软磁材料，具有较高的饱和磁化强度和低的矫顽场可用于电子工业，因其具有耐高温，高硬度，高强度，热稳定性好的优点，被用作性能优良的陶瓷材料。Bi2Fe4O9粉体中引入NiFe 204可以显著提高Bi2Fe4O9的饱和磁化强度和剩余磁化强度。通常制备复合粉体的方法是首先采用固相法制备出各单相粉体，然后将各单相粉体进行机械混合。此方法，不仅工艺复杂所需要的煅烧温度高，而且制备出的复合粉体是在晶粒尺寸上进行混合，所制备的复合粉体两相均匀性，结合性都比较差，导致两相耦合性差，最终直接影响到复合粉体的性能，使复合粉体的性能与理论偏差较大。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种NiFe204/Bi2Fe409磁性复合粉体及其制备方法，制备中煅烧温度较低，并且复合粉体中随着NiFe2O4含量增加，饱和磁化强度由1.5emu/g增加到6.8emu/go
[0006]为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案:
[0007]—种NiFe204/Bi2Fe409两相磁性复合粉体，该两相复合粉体的化学式为xNiFe 204/(1-x)/Bi2Fe4O9，其中 X 为 NiFe2O4的质量百分数，且 10%^ x ( 40%,
[0008]该两相复合粉体的化学式为XNiFe2O4/(1-x)/Bi2Fe4O9，其中x为NiFe2O4的质量百分数，且20%彡X ( 40%。
[0009]该两相复合粉体的化学式为XNiFe2O4/(1-x)/Bi2Fe4O9，其中x为NiFe2O4的质量百分数，且30%彡X ( 40%。
[0010]该两相复合粉体的化学式为XNiFe2O4/(1-X)/Bi2Fe4O9，其中x为NiFe2O4的质量百分数，且X = 40%。
[0011]一种NiFe204/Bi2Fe409两相磁性复合粉体的制备方法，按化学通式xNiFe 204/(1-x) /Bi2Fe4O9,其中X为NiFe2O4的质量百分数，且10 %彡x彡40 %，将分析纯的Bi(NO3)3.5H20、Fe (NO3) 3.9H20和Ni (NO3)2.6H20加入到水中，配制成溶液，然后向溶液中加入柠檬酸，搅拌均匀得到溶胶，将溶胶进行干燥得到黑褐色干凝胶，将干凝胶研磨后在700?800°C下煅烧2-4h得到NiFe204/Bi2Fe409两相磁性复合粉体；其中，柠檬酸的物质的量为镍离子、铋离子、铁离子三种离子总物质的量的3-4倍。
[0012]所述搅拌是在室温下采用磁力搅拌实现的，并且搅拌的时间为2_3h。
[0013]所述干燥是在真空干燥箱中进行的。
[0014]所述干燥的温度为150-200 °C，干燥时间为2_3h。
[0015]与现有技术相比，本发明具有的有益效果:本发明通过将Bi(NO3)3.5H20、Fe (NO3) 3.9H20和Ni (NO3) 2.6H20加入到水中，然后加入作为螯合剂的柠檬酸，搅拌后，得到溶胶，将溶胶干燥、研磨后在700?800°C下煅烧，即可得到NiFe204/Bi2Fe409两相磁性复合粉体，本发明由于加入了螯合剂，能够在较低的煅烧温度下，能够制备两相结合性较好的复合粉体，并且制备方法简单，节省能源，便于大规模生产，克服了现有技术中采用机械混合的方法制备时，需要较高煅烧温度，并且制备复合粉体两相不均匀，性能较差的问题。
[0016]本发明所制备的磁性复合粉体中，只含有Bi2Fe4O9和NiFe 204两相，无其它杂相存在，纯度较高，并且复合粉体中Bi2Fe4O9晶粒的尺寸大约为300?350nm，NiFe 204晶粒的尺寸大约为50nm，并且两相的分散性较好，由于交换耦合作用，复合粉体随着NiFe2O4质量百分含量增加，饱和磁化强度由1.5emu/g增加到6.8emu/g。
【附图说明】
[0017]图1为当NiFe2O4的摩尔百分比为10%，Bi 2Fe409摩尔百分比为90%时复合粉体在700 °C煅烧下的XRD图。
[0018]图2为当NiFe2O4的摩尔百分比为20%，Bi 2Fe409摩尔百分比为80%时复合粉体在730 °C煅烧下的XRD图。
[0019]图3为当NiFe2O4的摩尔百分比为30%，Bi 2Fe409摩尔百分比为70%时复合粉体在770 °C煅烧下的XRD图。
[0020]图4为当NiFe2O4的摩尔百分比为40%，Bi 2Fe409摩尔百分比为60%时复合粉体在800 °C煅烧下的XRD图。
[0021]图5为当NiFe2O4的摩尔百分比为10%，Bi 2Fe409摩尔百分比为90%时复合粉体在700 °C煅烧后粉体的SEM图。
[0022]图6为当NiFe2O4的摩尔百分比为20%，Bi 2Fe409摩尔百分比为80%时复合材料在730 °C煅烧后粉体的SEM图。
[0023]图7为当NiFe2O4的摩尔百分比为30%，Bi 2Fe409摩尔百分比为70%时复合材料在770 °C煅烧后粉体的SEM图。
[0024]图8为当NiFe2O4的摩尔百分比为40%，Bi 2Fe409摩尔百分比为60%时复合材料在800 °C煅烧后粉体的SEM图。
[0025]图9为当NiFe2O4摩尔百分比为10%，Bi 2Fe409的摩尔百分比为90%时复合粉体在700°C煅烧后粉体的磁滞回线。
[0026]图10为当NiFe2O4摩尔百分比为20%，Bi 2Fe409的摩尔百分比为80%时复合粉体在730°C煅烧后粉体的磁滞回线。
[0027]图11为当NiFe2O4摩尔百分比为30%，Bi 2Fe409的摩尔百分比为70%时复合粉体在770°C煅烧后粉体的磁滞回线。
[0028]图12为当NiFe2O4的摩尔百分比为40%，Bi 2Fe409的摩尔百分比为60%时复合粉体在800°C煅烧后粉体的磁滞回线。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0030]实施例1
[0031]NiFe204/Bi2Fe409两相磁性复合粉体的化学式为 xNiFe 204/(l_x)/Bi2Fe4O9，其中 x为NiFe2O4的质量百分数，且X = 10%。
[0032]上述NiFe204/Bi2Fe409两相磁性复合粉体的制备方法为:按化学通式xNiFe 204/(1-x)/Bi2Fe4O9，其中X为NiFe2O4的质量百分数，且X = 10%，将分析纯的Bi(NO3)3.5H20、Fe (NO3)3.9H20和Ni (NO3)2.6H20加入到水中，配制成溶液，然后向溶液中加入柠檬酸，在室温下采用磁力搅拌2h得到溶胶，将溶胶在真空干燥箱中于200°C下干燥2h，得到黑褐色干凝胶，将干凝胶研磨后在700°C煅烧4h得到NiFe204/Bi2Fe409两相磁性复合粉体；其中，柠檬酸的物质的量为镍离子、铋离子、铁离子三种离子总物质的量的4倍；水的质量为Bi (NO3) 3.5H20、Fe (NO3) 3.9H20 和 Ni (N