一种正交钡单铁氧体纳米纤维/棒及其制备方法和应用

本发明涉及无机氧化物半导体纳米材料的制备方法，特别是一种正交钡单铁氧体(bafe2o4)纳米纤维/棒及其制备方法。

背景技术：

1、自从上个世纪开始，制备无机氧化物半导体纳米纤维/棒引起了广泛的关注，并在溶胶科学领域已经成为一个很有挑战性课题。由于纳米尺寸和量子限域效应，这些氧化物半导体纳米纤维/棒在信息、能源、环境、生物医学科技方面有着潜在的重要应用，如纳米电子学、高速场效应晶体管、锂离子电池正负极、生物以及化学传感器等。由于低成本、好的化学稳定性、抗腐蚀等优异特性，钡铁氧体在永磁材料、数据存储、光催化、陶瓷颜料、吸波抗辐射、传感、重金属吸附和化学链式循环气化等方面应用广泛。特别是正交钡单铁氧体(bafe2o4)，英国卢瑟福·阿普尔顿实验室francesco mezzadri等在nature communication(2022第13卷7968：1-10)发表题为“γ-bafe2o4:a fresh playground for roomtemperature multiferroicity”，称其是一种以前未被发现的室温多铁性材料，铁电和铁磁居里温度分别达到1038k和890k。东南大学沈来宏课题组在fuel(2022第307卷121847:1-14)发表题为“mechanism study on the high-performance bafe2o4during chemicallooping gasifcation”，报道了正交钡单铁氧体在化学链式循环气化制备co气体方面的优异性能。虽然纳米纤维/棒化能使得材料比表面积比增加和晶粒的择优生长，有助于优化这些性能，但目前并没有正交钡单铁氧体(bafe2o4)纳米纤维/棒的报道。

2、经过对现有的文献进行调研，发现公开号为cn116949602a的专利公开了一种中空纤维状钡铁氧体及其制备方法，其使用硝酸钡或氯化钡为钡源，硝酸铁或碳酸铁或碳酸亚铁为铁源，在n,n-二甲基甲酰胺或四氢呋喃或二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺或n-甲基吡咯烷酮或乙醇等极性溶液中，加入增溶剂柠檬酸和聚乙烯吡咯烷酮，通过气流纺丝方法收集钡铁氧体纤维海绵制得前驱体，最后在马弗炉中加热灼烧获得中空纤维状钡铁氧体(bafe12o19)。然而气流纺丝是利用高速气流将纤维拉成纤维束然后再纺制成线，需要准确控制气流和温度。硝酸钡、氯化钡等原料难溶于乙醇等极性溶剂，即使加入柠檬酸促进混合，钡源、铁源和聚乙烯吡咯烷酮混合得到的是前驱体溶胶，而非混合均匀的溶液，可能会对最终材料晶形的均一性造成影响。此外，制备的铁氧体适用于强磁体，不适合作为软磁材料。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种正交钡单铁氧体(bafe2o4)纳米纤维/棒及其制备方法，该方法以醋酸钡作为钡源，乙酰丙酮铁作为铁源，乙醇和醋酸作为溶剂，聚乙烯吡咯烷酮作为包裹和络合稳定剂，制备出纯度高、形态规整的正交钡单铁氧体纳米纤维。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案；

3、一种正交钡单铁氧体纳米纤维/棒的制备方法，具体包括以下步骤：

4、(1)称取含有钡和铁摩尔比为1:2的醋酸钡和乙酰丙酮铁，将其分散于4～10ml醋酸和乙醇等体积混合液中，并加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌混合均匀形成透明的前驱体溶液，前驱体溶液中聚乙烯吡咯烷酮的质量分数为5～15％；

5、(2)将步骤(1)制得的前驱体溶液通过静电纺丝技术得到前驱体纳米纤维；

6、(3)将步骤(2)制得的前驱体纤维烘干，形成干燥的前驱体纳米纤维；

7、(4)将步骤(3)制得的前驱体纤维在空气中于600-800℃进行煅烧，获得正交钡单铁氧体bafe2o4纳米纤维，或在800-950℃进行煅烧，获得正交钡单铁氧体bafe2o4纳米棒。

8、具体地，步骤(3)中的烘干温度为60～110℃，60～70℃，70～80℃，80～90℃，90～100℃，或100～110℃。

9、具体地，步骤(2)中静电纺丝的工艺参数为：灌注速度0.36ml/h，电压18kv，接收距离为15cm。

10、优选地，步骤(4)中的煅烧温度为700℃-900℃。

11、步骤(1)中的醋酸即是溶剂，同时也是溶解促进剂，加入醋酸有利于醋酸钡与其他原料混合，若省略醋酸，难以形成透明的混合均匀的前驱体溶液。

12、上述方法制备的正交钡单铁氧体纳米纤维作为软磁性材料的应用，正交钡单铁氧体纳米棒作为永磁材料的应用。

13、上述方法制备的正交钡单铁氧体纳米棒在永磁材料、纳米自旋电子学和信息数据存储器中的应用潜力巨大。

14、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)通过调整钡源、铁源和溶剂的种类，在较少的溶剂下，使钡源、铁源和聚乙烯吡咯烷酮形成混合均匀的前驱体溶液，且所制得的正交钡单铁氧体纳米纤维/棒纯度高，形态规整；(2)研究发现，随着煅烧温度的提高，晶相中杂质越来越少，但材料直径越来越大，比表面积越来越小，为此，综合考虑，选择700℃和900℃为最佳煅烧温度；(3)制备步骤简单，所用试剂数量少，成本低，易于实施。

技术特征：

1.一种正交钡单铁氧体纳米纤维/棒的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的正交钡单铁氧体纳米纤维/棒的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的烘干温度为60～110℃。

3.根据权利要求1所述的正交钡单铁氧体纳米纤维/棒的制备方法，其特征在于，步骤(2)中静电纺丝的工艺参数为：灌注速度0.36ml/h，电压18kv，接收距离为15cm。

4.根据权利要求1所述的正交钡单铁氧体纳米纤维/棒的制备方法，其特征在于，步骤(4)中的煅烧温度为700℃-900℃。

5.权利要求1-4任一项所述制备方法制备的正交钡单铁氧体纳米纤维/棒。

6.权利要求5所述的正交钡单铁氧体纳米纤维作为软磁性材料的应用，正交钡单铁氧体纳米棒作为永磁材料的应用。

7.权利要求5所述的正交钡单铁氧体纳米棒在永磁材料、纳米自旋电子学和信息数据存储器中的应用。

技术总结
本发明公开了一种正交钡单铁氧体纳米纤维/棒及其制备方法和应用，该方法通过以醋酸钡作为钡源，乙酰丙酮铁作为铁源，乙醇和醋酸为溶剂，聚乙烯吡咯烷酮作为包裹和络合稳定剂，采用静电纺丝技术和煅烧工艺结合，在有机相体系中制备合成纯度高、纳米纤维/棒形态规整的正交钡单铁氧体。本发明操作步骤简单，所用试剂数量少，成本低，易于实施；所制得的正交钡单铁氧体纳米纤维/棒具有较高的产率，很好的稳定性。

技术研发人员：王志,史晓慧,王乙潜
受保护的技术使用者：临沂大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4