一种氮掺杂铁酸铋纳米粉体的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种氮掺杂铁酸铋纳米粉体的制备方法，包括以下步骤：(1)按摩尔数1:1称量的五水硝酸铋和九水硝酸铁分别溶于稀硝酸中，加入酒石酸和尿素，搅拌溶解，得到溶液；(2)将溶液在55～65℃油浴搅拌下预热1～3h，然后在105～115℃下充分搅拌反应直到完全蒸干形成干凝胶；(3)将干凝胶研磨成粉末，在马弗炉于300～500℃预烧1～3h，在600～800℃烧结0.5～2h，随炉冷却；(4)将烧结后的粉末投入稀硝酸溶液中搅拌1～3h，用去离子水反复冲洗并抽滤，在60～100℃下真空干燥。本发明的产品整体上保持铁酸铋结构不变的同时出现铁磁性。
【专利说明】一种氮掺杂铁酸铋纳米粉体的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及具有铁磁和铁电两种特性的多铁性材料领域，特别涉及一种氮掺杂铁酸铋纳米粉体的制备方法。
【背景技术】
[0002]近年来，多铁性材料作为最具有应用前景的新型材料之一而引起了材料和凝聚态物理领域研宄者们的极大兴趣。由于多铁性材料将磁性材料和铁电材料结合起来，在器件设计方面有了一个新的自由度。因此，多铁性材料在多个领域展现出实际应用的前景。在众多单相多铁性材料中，铁酸铋(815600是目前研宄最热门的材料之一。它是一种典型的多铁性材料，具有较高的铁磁转变温度\?6431(和铁电转变温度化?11031是目前唯一一种在常温下同时具有铁电性和寄生弱铁磁性的单相多铁性材料。
[0003]目前，81？603中存在较大的漏电流和螺旋磁结构导致的弱磁性，成为81？60 3进入实际应用的主要障碍。改善81？603性能的主要手段有生长薄膜和化学掺杂。化学掺杂通常选择不同大小的离子对81？603的4位和8位进行替代，相当于向原来的晶格中引入一个化学压力，可以使81？603的晶格发生畸变，从而提尚材料的铁电性和铁磁性。但是对于0位的掺杂替代研宄并不多。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种氮掺杂铁酸铋纳米粉体的制备方法，整体上保持81？603结构不变的同时出现铁磁性。
[0005]本发明的目的通过以下技术方案实现:
[0006]一种氮掺杂铁酸铋纳米粉体的制备方法，包括以下步骤:
[0007](1)按摩尔数1:1称量适量的五水硝酸铋和九水硝酸铁分别溶于稀硝酸中，加入酒石酸和尿素，搅拌溶解，得到溶液；
[0008]所述尿素与溶液中离子的摩尔比为(0.5?1.2): 1 ；
[0009](2)将步骤⑴得到的溶液在55?651油浴搅拌下预热1?3匕然后再升温至105?1151:下充分搅拌反应直到完全蒸干形成干凝胶；
[0010](3)将干凝胶研磨成粉末，在马弗炉升温至300?5001:预烧1?3卜，再升温至600?8001:烧结0.5?2卜，然后随炉自然冷却；
[0011](4)将烧结后的粉末投入稀硝酸溶液中搅拌清洗1?3匕然后用去离子水反复冲洗并抽滤，最后在60?1001:下真空干燥即得氮掺杂的铁酸铋纳米粉末。
[0012]步骤⑴所述酒石酸与溶液中离子的摩尔比为1:1。
[0013]步骤⑴所述稀硝酸的浓度为11/匕
[0014]步骤⑷所述稀硝酸的浓度为11/匕
[0015]步骤(3)所述升温至300?5001:，具体为:
[0016]从室温按照每分钟5?101:升温至300?500X:。
[0017]步骤⑶所述升温至600?8001:，具体为:
[0018]按照每分钟5?10。〇的速度升温至600?800X:。
[0019]本发明在溶胶凝胶法使金属离子和酒石酸发生络合反应形成溶胶的基础上，加入尿素均匀溶解于其中，最后形成富含氮元素的均匀的凝胶体；合理控制凝胶化的温度和时间防止尿素水解，经过干燥并合理控制煅烧温度和时间，使氮源分解并充分溶入到铁酸铋结晶成相的过程中，得到氮掺杂的铁酸铋粉体。
[0020]与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果:
[0021](1)本发明首次在溶胶凝胶的基础上实现了氮在铁酸铋晶格中部分替代氧。
[0022](2)本发明可以避免通常在铋位或铁位上掺杂替代可能引起的铁电-顺电式相变，通过氧位替代尽可能少地影响铁酸铋原有的强铁电结构。
[0023](3)本发明通过氮掺杂，使铁酸铋在整体晶体结构不变的同时因掺杂诱发的局部畸变产生铁磁性。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为实施例1所得的氮掺杂铁酸铋和纯铁酸铋纳米粉末的X射线衍射图。
[0025]图2为实施例2所得的氮掺杂铁酸铋和纯铁酸铋纳米粉末X射线光电子能谱邮)。
[0026]图3为实施例3所得的氮掺杂铁酸铋和纯铁酸铋纳米粉末的磁滞回线。
【具体实施方式】
[0027]下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0028]实施例1
[0029]按摩尔比1:1分别称量1.2138五水硝酸铋和1.018九水硝酸铁溶于50“稀硝酸中；然后加入50“去离子水稀释，最后得到的混合溶液中的浓度约为0.025001/1，然后按与离子为1:1的摩尔比加入酒石酸，最后按化与离子为1.2:1的摩尔比在上述溶液中加入尿素；将所得溶液在551:油浴搅拌下预热1卜，然后再升温至1051:下充分搅拌反应直到完全蒸干形成干凝胶；将干凝胶研磨成粉末，在马弗炉中3001:下预烧2匕再升温至6001:烧结1匕然后随炉自然冷却；将烧结后的粉末投入浓度为11/1的稀硝酸溶液中搅拌清洗1匕然后用去离子水反复冲洗并抽滤，最后在801:下真空干燥即得氮掺杂的铁酸秘纳米粉末。
[0030]根据本实施例的产物的X？？谱，通过计算可以得出样品的组成为81？601812。图1为本实施例的产物的乂即谱图，可以看出同纯铁酸铋相比，氮掺杂后样品的结构没有发生变化。本实施例的产物的经测试磁滞回线，证实呈现弱磁性。
[0031]实施例2
[0032]按摩尔比1:1分别称量1.2138五水硝酸铋和1.018九水硝酸铁溶于50“稀硝酸中；然后加入50“去离子水稀释，最后得到的混合溶液中的浓度约为0.025001/1，然后按与离子为1:1的摩尔比加入酒石酸，最后按化与离子为0.9:1的摩尔比在上述溶液中加入尿素；将所得溶液在601:油浴搅拌下预热1.5匕然后再升温至1101:下充分搅拌反应直到完全蒸干形成干凝胶；将干凝胶研磨成粉末，在马弗炉中3501:下预烧2匕再升温至6501:烧结1匕然后随炉自然冷却；将烧结后的粉末投入浓度为11/1的稀硝酸溶液中搅拌清洗化，然后用去离子水反复冲洗并抽滤，最后在901:下真空干燥即得氮掺杂的铁酸铋纳米粉末。
[0033]图2为所得产物的X？？谱，从图2可以看到掺杂产物发现了 ~的特征峰(图中虚线框内)，通过计算可以得出样品的组成为81？602」\9。本实施例的产物的乂即谱图与实施例1相似，可以看出同纯铁酸铋相比，氮掺杂后样品的结构没有发生变化。本实施例的产物的经测试磁滞回线，证实呈现弱磁性。
[0034]实施例3
[0035]按摩尔比1:1分别称量1.2138五水硝酸铋和1.018九水硝酸铁溶于50“稀硝酸中；然后加入50“去离子水稀释，最后得到的混合溶液中的浓度约为0.025001/1，然后按与离子为1:1的摩尔比加入酒石酸，最后按化与离子为0.5:1的摩尔比在上述溶液中加入尿素；将所得溶液在651:油浴搅拌下预热2匕然后再升温至1101:下充分搅拌反应直到完全蒸干形成干凝胶；将干凝胶研磨成粉末，在马弗炉中4001:下预烧2匕再升温至7501:烧结2匕然后随炉自然冷却；将烧结后的粉末投入浓度为11/1的稀硝酸溶液中搅拌清洗1.51！，然后用去离子水反复冲洗并抽滤，最后在1101:下真空干燥即得氮掺杂的铁酸铋纳米粉末。
[0036]根据本实施例的产物的X？？谱，通过计算可以得出样品的组成为具.5。本实施例的产物的乂即谱图与实施例1相似，可以看出同纯铁酸铋相比，氮掺杂后样品的结构没有发生变化。图3为产物的磁滞回线，可以看出同纯81？603相比4掺杂的样品具有较明显的回线，呈现出弱磁性。
[0037]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种氮掺杂铁酸铋纳米粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)按摩尔数1:1称量的五水硝酸铋和九水硝酸铁分别溶于稀硝酸中，加入酒石酸和尿素，搅拌溶解，得到溶液； 所述尿素与溶液中Fe3+离子的摩尔比为(0.5?1.2):1 ; (2)将步骤(I)得到的溶液在55?65°C油浴搅拌下预热I?3h，然后再升温至105?115°C下充分搅拌反应直到完全蒸干形成干凝胶； (3)将干凝胶研磨成粉末，在马弗炉升温至300?500°C预烧I?3h，再升温至600?800 °C烧结0.5?2h，然后随炉自然冷却； (4)将烧结后的粉末投入稀硝酸溶液中搅拌清洗I?3h，然后用去离子水反复冲洗并抽滤，最后在60?100°C下真空干燥即得氮掺杂的铁酸铋纳米粉末。
2.根据权利要求1所述的氮掺杂铁酸铋纳米粉体的制备方法，其特征在于，步骤(I)所述酒石酸与溶液中Fe3+离子的摩尔比为1:1。
3.根据权利要求1所述的氮掺杂铁酸铋纳米粉体的制备方法，其特征在于，步骤(I)所述稀硝酸的浓度为1M/L。
4.根据权利要求1所述的氮掺杂铁酸铋纳米粉体的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述稀硝酸的浓度为1M/L。
5.根据权利要求1所述的氮掺杂铁酸铋纳米粉体的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述升温至300?500 °C，具体为: 从室温按照每分钟5?10°C升温至300?500°C。
6.根据权利要求1所述的氮掺杂铁酸铋纳米粉体的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述升温至600?800 °C，具体为: 按照每分钟5?10°C的速度升温至600?800°C。
【文档编号】B82Y30/00GK104495944SQ201410740129
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月5日 优先权日:2014年12月5日
【发明者】张弜, 陈龙胜, 张家敏, 陈熹 申请人:华南理工大学