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CoFe204/Bi2Fe409两相磁性复合粉体及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着移动通讯和计算机技术的飞速发展，要求各种电子设备变得更加高度集成化、多功能化、小型化和快速响应化，从而对材料提出了更高的标准，这就需要发展同时具有两种或两种以上功能的新型材料。多铁性材料是一大类非常重要的先进功能材料，利用多铁性材料制成的元器件具有转换、传递、处理信息、存储能量、节约能源等功能，广泛地应用于能源、电信、自动控制、通讯、家用电器、生物、医疗卫生、轻工、选矿、物理探矿、军工等领域。
[0003]多铁性材料是指具备铁电性、铁磁性和铁弹性中的任意两种或全部特性的材料。这就意味着这类材料具有的自发磁化可以被外加磁场重新定向，同样其自发电极化可以被外加电场重新定向，而自发形变可以被外加应力重新定向，以及它们之间不可避免会的会发生耦合作用。多铁性材料中最主要的一类就是铁电磁材料，这类材料在一定的温度范围内同时具有铁电性和铁磁性，而且铁电性和铁磁性之间存在耦合作用而具有磁电效应。
[0004]Bi2Fe4O9就是其中典型的例子，在室温下Bi 2Fe409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；化合物中Fe离子为磁性离子，占据氧八面体的中心位置。Fe离子位移使晶胞正负电荷中心不重合，产生了铁电性。从电子结构计算的结果，是Fe原子的3d轨道和O原子的2p轨道杂化产生了铁电性。同时因为Fe离子电子自旋有序的交换作用，使得Bi2Fe4O9又有铁磁性。Bi 2Fe409在新型存储器件等方面有巨大的潜在应用前景，是一种重要的多铁性功能材料，纳米Bi2Fe4O9表现出与非纳米级粉体材料明显不同的电学、磁学、光学性质。通过对其光学性能研宄可以发现，Bi2Fe4O9是一种窄带隙材料，其带隙约为2.1eV在可见光范围内具有良好的光响应。
[0005]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，而Bi2Fe4O9磁性非常微弱，这就限制了其在实际中的应用。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。CoFe2O4是有尖晶石结构的亚铁磁性氧化物，具有高的饱和磁化强度、高的磁晶各向异性和大的磁光偏转角以及极好的互相稳定性和耐磨性。Bi2Fe4O9粉体中引入CoFe2O4们可以显著提高粉体的饱和磁化强度和矫顽力。通常制备两相或多相复合粉体的方法是首先采用固相法分别制备出各单相粉体，然后进行机械混合。此方法，不仅工艺复杂并且所需要的煅烧温度比溶胶凝-胶法制备粉体高出200°C左右，而且制备出的复合粉体均匀性比较差，直接影响到复合粉体的性能。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种CoFe204/Bi2Fe409磁性复合粉体及其制备方法，制备时煅烧温度低并且复合粉体中随着CoFe2O4含量增加，饱和磁化强度由1.4emu/g增加到7.9emu/g，矫顽场由1379.4奥斯特增加到1575.8奥斯特。
[0007]为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案:
[0008]一种CoFe204/Bi2Fe409磁性复合粉体，该磁性复合粉体的化学式为:xCoFe 204/(1-x)Bi2Fe4O9，其中 X 为 CoFe2O4的摩尔百分数，且 10%^ x ( 40%。
[0009]该磁性复合粉体的化学式为:xCoFe204/(l_x)Bi2Fe4O9，其中x为CoFe2O4的摩尔百分数，且20%彡X ( 40%。
[0010]该磁性复合粉体的化学式为:xCoFe204/ (l_x) Bi2Fe4O9，其中x为CoFe2O4的摩尔百分数，且30%彡X ( 40%。
[0011]该磁性复合粉体的化学式为:xCoFe204/ (l_x) Bi2Fe4O9，其中x为CoFe2O4的摩尔百分数，且X = 40%。
[0012]一种CoFe204/Bi2Fe409磁性复合粉体的制备方法，按化学通式xCoFe 204/ (l_x)Bi2Fe4O9,其中X为CoFe2O4的摩尔百分数，且10%彡x ( 40%，将分析纯的Bi (NO 3)3.5Η20、Fe (NO3)3.9H20、Co (NO3)2.6Η20混合，然后加入柠檬酸水溶液，搅拌均匀得到溶胶，将溶胶烘干得到黑褐色干凝胶，将干凝胶研磨后在700?800°C下煅烧2-4小时，得到CoFe2O4/Bi2Fe4O9磁性复合粉体；其中柠檬酸水溶液中柠檬酸的物质的量是Bi (NO 3)3.5H20、Fe (NO3) 3.9H20、Co (NO3)2.6H20中金属离子总物质的量的3_4倍。
[0013]所述搅拌是在采用磁力搅拌在室温下进行的，并且搅拌的时间为2_3h。
[0014]所述烘干是在真空干燥箱中进行的。
[0015]所述烘干的温度为150-200°C，烘干时间为2-3小时。
[0016]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、Co (NO3) 2.6H20混合，然后加入柠檬酸水溶液作为螯合剂，搅拌后制得溶胶，将溶胶烘干，在700?800°C下煅烧后得到COFe204/Bi2Fe409磁性复合粉体，本发明的制备方法中由于加入了螯合剂，煅烧时需要较低的温度下煅烧即可，从而节省了能源，制备方法简单，有利于大规模生产。
[0017]本发明中制备的复合粉体的两相纯度较高，没有杂相，两相的均匀性以及界面结合情况均较良好，复合材料中Bi2Fe4O9晶粒的尺寸大约为300?400nm，CoFe 204晶粒的尺寸大约为50nm，两相的分散性较好；由于交换耦合作用，复合粉体随着CoFe2O4含量增加，饱和磁化强度由1.4emu/g增加到7.9emu/g，矫顽场由1379.4奥斯特增加到1575.8奥斯特，具有较高的饱和磁化强度和矫顽力。
【附图说明】
[0018]图1为当CoFe2O4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。
[0019]图2为当CoFe2O4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。
[0020]图3为当CoFe2O4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。
[0021]图4为当CoFe2O4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。
[0022]图5为当CoFe2O4的摩尔百分比为10%，Bi 2Fe409摩尔百分比为90%时复合材料在700 °C煅烧后粉体的SEM图。
[0023]图6为当CoFe2O4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。
[0024]图7为当CoFe2O4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。
[0025]图8为当CoFe2O4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。
[0026]图9为当CoFe2O4的摩尔百分比为10%，Bi办409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。
[0027]图10为当CoFe2O4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。
[0028]图11为当CoFe2O4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。
[0029]图12为当CoFe2O4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】
[0030]下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
[0031]实施例1
[0032]一种 CoFe204/Bi2Fe4<y|^4复合粉体的化学式为:xCoFe 204/(1-X)Bi2Fe4O9,其中 x为CoFe2O4的摩尔百分数，且X = 10%。
[0033]上述所述的CoFe204/Bi2Fe409磁性复合粉体的制备方法，按化学通式xCoFe 204/(1-x) Bi2Fe4O9，其中X为CoFe2O4的摩尔百分数，且X = 10 %，将分析纯的Bi (NO 3) 3.5H20、Fe (NO3)3.9H20、Co (NO3)2.6H20混合，然后加入柠檬酸水溶液，在室温下磁力搅拌2h，得到溶胶，将溶胶在真空干燥箱内于150°C下干燥时间3小时，得到黑褐色干凝胶，将黑褐色干凝胶研磨后在700°C下煅烧4小时，得到COFe204/Bi2Fe409磁性复合粉体；其中柠檬酸水溶液中柠檬酸的物质的量是Bi (NO3)3.5H20,Fe (NO3)3.9H20、Co (NO3) 2.6H20中金属离子总物质的量的3.5倍，柠檬酸水溶液中水的质量为Bi (NO3) 3.5H20、Fe (NO3) 3.9H20、Co (NO3) 2.6H20总质量的2倍。
[0034]由图1可以看出，复合粉体中只含有Bi2Fe4O9和CoFe2O4两相，无其它杂相存在。由图5可以看出，大晶粒收和409晶粒)尺寸大约为300nm，小晶粒(CoFe 204晶粒)尺寸大约为50nm，并且两