一种锰掺杂铁酸钇多铁材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]发明属于无机非金属材料的制备技术领域，涉及一种锰掺杂铁酸钇多铁材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]多铁性材料是指具有铁电、(反)铁磁与铁弹三种有序中两种或两种以上的铁性材料。由于其丰富的物理内涵与诱人的应用前景、多铁性材料正成为凝聚态物理与材料科学的热点研究领域。目前，铁电材料的研究基本上局限于几种氧化物，如BiMn03、BiFeO3,Fe304、TbMn205、La/CaMn03等。到目前为止，BiFeO 3是研究的比较成熟的单相多铁材料，但仍然很难被具体应用，理由是该材料虽然在室温具有较大的电极化强度(约为40yC/cm2)，但其微弱的磁化强度基本趋近与零。YFeO3为三元氧化物，与天然钙钛矿CaT1J^晶体结构相同且属于正交晶系，与立方结构的尖晶石铁氧体相区别被称作正铁氧体。
[0003]￥?^3是在室温下具有铁电性和反铁磁性的多铁性材料，其反铁磁转变温度为T N(655 K)，铁电转变温度为Tc (420 K)。而多铁性材料￥11103具有高的铁电转变温度Tc(900K)和低的反铁磁转变温度Tn(70K)。这说明、通过Mn替代Fe可在维持￥?603较好室温铁磁性的基础上、得到良好的铁电性。参阅J Mater Sc1: Mater Electron 21, 838 - 843
(2010)ο
[0004]目前，锰掺杂铁酸钇已被通过多种方法成功制备，常见方法有:固相反应法，溶胶凝胶法等。参阅 J Mater Sc1: Mater Electron 21, 838 - 843 (2010) ； J.Appl.Phys.115，033508 (2014) ；Mater Lett 136，15 - 17 (2014) ；Ceram Int.38，1473 - 1477
(2012)o
[0005]相比上述方法水热法具有众多优越性。比如，省略了煅烧步骤，从而也省略了研磨步骤，因此粉末的纯度高，晶体缺陷密度低；从溶液中直接合成高结晶度，不含结晶水的陶瓷粉末。粉末的大小，均匀性，形状，成分可以得到严格的控制，粉末分散性比其他溶液法产品明显优异，而且粉末活性高，因此易于烧结；此方法还具有设备简单，无污染，成本低，产量高等优点。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种锰掺杂铁酸钇多铁材料及其制备方法。
[0007]本发明所述的锰掺杂铁酸钇多铁材料及其制备方法包括以下步骤:
步骤一，制取锰掺杂铁酸钇多铁材料要采取水热反应法，其化学式为YFe1 χΜηχ03 (O 彡 X 彡 0.2)。反应原料有 Y (NO3) 3.6H20 (99.9%)，Fe (NO3) 3.9H20 (99.9%)，MnCl2.4Η20(99.9%)，其中将 Y (NO3) 3.6Η20 作为 Y 源，Fe (NO3)3.9Η20 作为 Fe 源，MnCl2.4Η20 作为Mn源；还要将KOH选择为矿化剂。按照锰掺杂铁酸钇的化学式YFe1 χΜηχ03 (O彡X彡0.2)的计量比例称取上述三种原料。
[0008]步骤二，先把已称取的Y(NO3)3.6H20，Fe (NO3)3.9Η20和MnCl2.4Η20放入塑料烧杯内，然后用量筒称取15ml去离子水倒入塑料烧杯中搅拌20~40分钟，使溶液充分溶解。
[0009]步骤三，先用15ml去离子水配制浓度为50mol/L的KOH溶液，然后搅拌5~10分钟，使溶液充分溶解。
[0010]步骤四，已配制的KOH溶液慢慢倒入《步骤二》中得到的溶液里，此后把总的溶液再搅拌1~2小时(溶液温度变为室温为止)；最后把溶液在230~250°C的条件下反应68~76小时。
[0011]步骤五，反应时间到之后先把反应产物取出来冷却3~4个小时，然后通过去离子水洗涤直到它的PH值达到中性值，再用无水乙醇洗涤以及用高纯去离子水清洗，最后放入60~80°C的恒温真空干燥箱干燥8~10个小时。
[0012]本发明的突出特点是:可以制备出单相的锰掺杂铁酸钇多铁材料。本发明采用的方法可有效地抑制杂相的产生，并且原料简单易得，成本低，制备工艺简单，无污染，具有推广应用价值。
【附图说明】
[0013]图1是采用本发明的方法制备的YFe1 χΜηχ03 (O彡X彡0.2)的X射线衍射(XRD)谱图。
[0014]图2是采用本发明的方法制备的YFe1 χΜηχ03(O彡X彡0.2)的扫描电镜(SEM)形貌图。其中 a，b, c，d，e，f 分别为 X=0，0.025,0.05,0.075,0.1,0.2 时的形貌。
[0015]图3是YFe1 χΜηχ03的形貌机制图。
[0016]图4是采用本发明的方法制备的YFe1 χΜηχ03(O彡X彡0.2)的室温磁滞(M-H)回线。其中 a，b 对应的是 Χ=0，0.025，0.05，0.075 ；c 与 d 对应的是 Χ=0，0.1,0.2。
[0017]图5是剩余磁化强度与参杂浓度的变化曲线。
【具体实施方式】
[0018]实施例1
将原料 Y(NO3)3.6Η20 (99.9%)，Fe (NO3) 3.9Η20 (99.9%)，MnCl2.4Η20 (99.9%)按照锰掺杂铁酸钇的化学式YFe1 xMnx03 (X=O)的计量比例称取上述三种原料。质量分别为3.83g，4.04g，0g。
[0019]步骤二，先把已称取的Y(NO3)3.6H20，Fe (NO3)3.9H20和MnCl2.4H20放入塑料烧杯内，然后用量筒称取15ml去离子水倒入塑料烧杯中搅拌20~40分钟，使溶液充分溶解。
[0020]步骤三，先用15ml去离子水配制浓度为50mol/L的KOH溶液，然后搅拌5~10分钟，使溶液充分溶解。
[0021]步骤四，已配制的KOH溶液慢慢倒入《步骤二》中得到的溶液里，此后把总的溶液再搅拌1~2小时(溶液温度变为室温为止)；最后把溶液在230~250°C的条件下反应68~76小时。
[0022]步骤五，反应时间到之后先把反应产物取出来冷却3~4个小时，然后通过去离子水洗涤直到它的PH值达到中性值，再用无水乙醇洗涤以及用高纯去离子水清洗，最后放入60-800C的恒温真空干燥箱干燥8~10个小时。干燥之后可得到褐色粉末。
[0023]无掺杂Mn时的YFeO3的XRD图与JCPDF File N0.39-1489相对应，如图1 (a)所示。SEM图显示，掺杂之前YFeO3S准长方体结构，如图2(a)所示。掺杂之前样品的剩余磁化强度为0.82emy/g，如图4所示。
[0024]实施例2
将原料 Y(NO3)3.6H20 (99.9%),Fe (NO3)3.9H20 (99.9%),MnCl2.4H20 (99.9%)按照锰掺杂铁酸钇的化学式YFe1 χΜηχ03 (X=0.0 2 5)的计量比例称取上述三种原料。质量分别为3.83g，3.939g，0.049go
[0025]步骤二，先把已称取的Y(NO3)3.6H20，Fe (NO3)3.9H20和MnCl2.4H20放入塑料烧杯内，然后用量筒称取15ml去离子水倒入塑料烧杯中搅拌20~40分钟，使溶液充分溶解。
[0026]步骤三，先用15ml去离子水配制浓度为50mol/L的KOH溶液，然后搅拌5~10分钟，使溶液充分溶解。
[0027]步骤四，已配制的KOH溶液慢慢倒入《步骤二》中得到的溶液里，此后把总的溶液再搅拌1~2小时(溶液温度变为室温为止)；最后把溶液在230~250°C的条件下反应68~76小时。
[0028]步骤五，反应时间到之后先把反应产物取出来冷却3~4个小时，然后通过去离子水洗涤直到它的PH值达到中性值，再用无水乙醇洗涤以及用高纯去离子水清洗，最后放入60-800C的恒温真空干燥箱干燥8~10个小时。干燥之后可得到浅蓝黑色粉末。
[0029]当X=0.025时样品的XRD图基本上没有变化也没有杂相，如图1 (b)所示。SEM图显示，当X=0.025时长方体结构上出现层次结构，如图2 (b)所示。掺杂量X=0.025的样品的剩余磁化强度为0.87emy/g，有上升趋势，如图4(a，b)所示。
[0030]实施例3
将原料 Y(NO3)3.6H20 (99.9%),Fe (NO3)3.9H20 (99.9%),MnCl2.4H20 (99.9%)按照锰掺杂铁酸钇的化学式YFelxMnxO3 (X=0.05)的计量比例称取上述三种原料。质量分别为3.83g，3.838g，0.099go
[0031]步骤二，先把已称取的Y(NO3)3.6H20，Fe (NO3)3.9H20和MnCl2.4H20放入塑料烧杯内，然后用量筒称取15ml去离子水倒入塑料烧杯中搅拌20~40分钟，使溶液充分溶解。
[0032]步骤三，先用15ml去离子水配制浓度为50mol/L的KOH溶液，然后搅拌5~10分钟，使溶液充分溶解。
[0033]步骤四，已配制的KOH溶液慢慢倒入《步骤二》中得到的溶液里，此后把总的溶液再搅拌1~2小时(溶液温度变为室温为止)；最后把溶液在230~250°C的条件下反应68~76小时。
[0034]步骤五，反应时间到之后先把反应产物取出来冷却3~4个小时，然后通过去离子水洗涤直到它的PH值达到中性值，再用无水乙醇洗涤以及用高纯去离子水清洗，最后放入60-800C的恒温真空干燥箱干燥8~10个小时。干燥之后可得到蓝黑色粉末。
[0035]当X=0.05时样品的