的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于材料生长领域，涉及多铁材料的制备及光学性质研宄，并主要研宄水热法制备过渡元素Co掺杂的BiFeO3颗粒。
【背景技术】
[0002]由于BiFeO3的特殊物理性能，科研工作者们对BiFeO 3的研宄越来越广泛，近年来主要对其磁性，光学性能，介电性能等方面进行了广泛的研宄。
[0003]制备BiFeO3的方法有很多，如固相烧结法，溶胶-凝胶法，水热法等，其中水热法是这么多方法中所需的合成温度最低的一种方法，也是制备形貌比较均匀、成分容易控制的一种方法，且制备工艺比较简单；据文献报道最多的是利用溶胶-凝胶法和固相烧结法制备稀土元素掺杂的BiFe03m米颗粒。如:2011年Kaushik Chakrabarti等人利用溶胶-凝胶法成功地合成了 Eu掺杂的BiFeO3纳米颗粒，并研宄了 Eu元素的掺杂对BiFeO 3磁性的影响，参阅 Journal of Applied Physics.第 110 期第 10395 (1-9)页。2008 年 KanwarSingh Nalwa等人利用固相烧结法在850°C的烧结温度下制备了 Sm掺杂的BiFeO3，并研宄了 Sm的掺杂对其磁性和电性能的影响，参阅Journal of Applied Physics.第103期第044101 (1-6)页。但利用水热法研宄BiFeO3掺杂改性的文章很少，常见的文献报道是利用水热法制备La掺杂的BiFeO3微晶，是较大的突破，但至今，没有人利用水热法合成Co掺杂的BiFeO3微晶。
[0004]用水热法制备Cr掺杂的BiFeO3颗粒:如2010年Yi Du, Zhen Xiang Cheng等利用水热法制备出Cr掺杂的BiFeO3样品，参阅Thin Solid Films.第518期第e5 - e8页。
[0005]用水热法制备Mn掺杂的BiFe03m米颗粒:如2011年S.Basu, SK.M.Hossain等利用水热法在220°C的温度下制备出Mn掺杂的BiFe03m米颗粒，参阅Current AppliedPhysics.第 11 期第 976-980 页。
[0006]用水热法制备La掺杂的BiFeOJ^1:如2012年Zhiwu Chen等用水热法制备出La 掺杂的 BiFeOj^aB，参阅 J Mater Sc1: Mater Electron.第 23 期第 1402 - 1408 页。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是在提高密封性的前提下，通过简单的水热法在200°C的温度下成功制备出过渡金属元素Co掺杂的BiFeO3颗粒，并研宄了 Co掺杂BiFeO 3样品的光学性能。
[0008]本发明是通过以下工艺过程实现的:所用铋源为Bi (NO3) 3.5H20 (99%)，(0.05mol)，铁源为 Fe (NO3)3.9H20 (98.5%)，(0.05mol)，钴源为 Co (NO3) 2.6H20 (99.9%)，(0.05mol);将称量好的药品溶解在15 ml浓度为10wt%的稀硝酸中，磁力搅拌20 min至溶液变成透明状；在上述透明液中逐滴滴入28wt%的氨水引起共沉淀反应，沉淀Fe3+，Bi3+和Co2+离子，当pH值为10 ~ 11时，将沉淀离心，用去离子水反复清洗，洗至中性；然后称量一定的KOH溶解在15 ml的去离子水中，磁力搅拌10 min,将所得的KOH溶液倒入上述沉淀，在磁力搅拌器上连续搅拌I h;最后，将制备好的前驱液放入容积为50 ml的聚四氟乙烯水热反应釜中，将反应釜放入设定温度为200°C的恒温烘箱中水热反应24 h，水热反应结束后，将反应釜自然冷却至室温，所得的样品用去离子水和无水乙醇反复清洗直到去除所有可溶性盐，放入设定温度为60°C的真空干燥箱中干燥获得样品。
[0009]本发明所制得的样品为单相BiCoxFehO3(x=0，0.02和0.04)颗粒，不同掺杂浓度下样品的XRD图如图1所示，不同掺杂浓度所制得样品的SM图如图2所示，不同掺杂浓度所制得样品的EDX图如图3所示，不同掺杂浓度所得样品的紫外-可见光吸收图及对应的Tauc图如图4所示。与现有技术相比，本发明的特点在于:采用水热法制备出单相的BiCoxFehO3 (x=0，0.02和0.04)颗粒，制备工艺简单，得到小的禁带宽度(小于2 eV)。本实验产物均匀性好，对环境污染小，可控性好，易于推广，因而具有重要的研宄价值和广阔的应用前景。
【附图说明】
[0010]图1 (a) KOH为6M，200°C温度下掺杂浓度分别为0% Co，2% Co，4% Co，反应24 h合成样品的XRD图；图1 (b)为对应样品中(012)、(104)、(110)衍射峰的XRD放大图。
[0011 ] 图2 KOH为6M，200°C温度下掺杂浓度分别为0% Co，2% Co，4% Co，反应24 h合成样品的SEM图，其中(I) (3) (5)为低倍数下不同掺杂浓度样品的SEM图，(2) (4) (6)是对应样品的SEM放大图。
[0012]图3 KOH为6M，200°C温度下掺杂浓度分别为0% Co，2% Co，4% Co，反应24 h合成样品的EDX图，EDX分析可知，样品的实际掺杂浓度分别为0at%，0.75at%和1.83at%。
[0013]图4 (a) KOH为6M，200°C温度下掺杂浓度分别为0% Co，2% Co，4% Co，反应24 h合成样品的Uv-vis图；图4 (b)为对应样品的Tauc图。
【具体实施方式】
[0014]实施例1
称取 2.44985g (0.05mol)Bi(N03)3.5H20 (99%)，称取 2.05076g (0.05mol)Fe (NO3) 3.9Η20。将称量好的药品溶解在15 ml浓度为10wt%的稀硝酸中，磁力搅拌20 min至溶液变成透明状；在上述透明液中逐滴滴入28wt%的氨水引起共沉淀反应，沉淀Fe3+，Bi3+和Co2+离子，当pH值为10 ~ 11时，将沉淀离心，用去离子水反复清洗，洗至中性；然后称量一定的KOH溶解在15 ml的去离子水中，磁力搅拌10 min,将所得的KOH溶液倒入上述沉淀，在磁力搅拌器上连续搅拌I h;最后，将制备好的前驱液放入容积为50 ml的聚四氟乙烯水热反应釜中，将反应釜放入设定温度为200°C的恒温烘箱中水热反应24 h，水热反应结束后，将反应釜自然冷却至室温，所得的样品用去离子水和无水乙醇反复清洗直到去除所有可溶性盐，放入设定温度为60°C的真空干燥箱中干燥后获得纯(实际掺杂浓度0at%)的BiFeO3样品。XRD如图1 (a)和I (b)中样品(I)所示，SEM如图2中(I)和(2)所示，EDX如图3中样品(I)所示，紫外-可见光吸收谱如图4 (a)中(I)所示，对应的Tauc图如图4 (b)中(I)所示。
[0015]实施例2
称取 2.44985g Bi(NO3)3.5H20 (99%)，称取 2.00975g Fe (NO3) 3.9H20，0.02911gCo (NO3)2.6Η20 (99.9%)。将称量好的药品溶解在15 ml浓度为10wt%的稀硝酸中，磁力搅拌20 min至溶液变成透明状；在上述透明液中逐滴滴入28wt%的氨水引起共沉淀反应，沉淀Fe3+，Bi3+和Co2+离子，当pH值为10 ~ 11时，将沉淀离心，用去离子水反复清洗，洗至中性；然后称量一定的KOH溶解在15 ml的去离子水中，磁力搅拌10 min，将所得的KOH溶液倒入上述沉淀，在磁力搅拌器上连续搅拌I h ;最后，将制备好的前驱液放入容积为50ml的聚四氟乙烯水热反应釜中，将反应釜放入设定温度为200°C的恒温烘箱中水热反应24h，水热反应结束后，将反应釜自然冷却至室温，所得的样品用去离子水和无水乙醇反复清洗直到去除所有可溶性盐，放入设定温度为60°C的真空干燥箱中干燥后获得预掺杂浓度为2% Co (EDX计算实际掺杂浓度为0.75at%)的BiFeO3样品。XRD如图1 (a)和I (b)中样品(2)所示，SEM如图2中(3)和(4)所示，EDX如图3中样品(2)所示，紫外-可见光吸收谱如图4 (a)中(2)所示，对应的Tauc图如图4 (b)中(2)所示。
[0016]实施例3
称取 2.44985g Bi(NO3)3.5H20 (99%)，称取 1.96873g Fe (NO3) 3.9H20，0.05821gCo (NO3)2.6Η20 (99.9%)。将称量好的药品溶解在15 ml浓度为10wt%的稀硝酸中，磁力搅拌20 min至溶液变成透明状；在上述透明液中逐滴滴入28wt%的氨水引起共沉淀反应，沉淀Fe3+，Bi3+和Co2+离子，当pH值为10 ~ 11时，将沉淀离心，用去离子水反复清洗，洗至中性；然后称量一定的KOH溶解在15 ml的去离子水中，磁力搅拌10 min，将所得的KOH溶液倒入上述沉淀，在磁力搅拌器上连续搅拌I h ;最后，将制备好的前驱液放入容积为50ml的聚四氟乙烯水热反应釜中，将反应釜放入设定温度为200°C的恒温烘箱中水热反应24h，水热反应结束后，将反应釜自然冷却至室温，所得的样品用去离子水和无水乙醇反复清洗直到去除所有可溶性盐，放入设定温度为60°C的真空干燥箱中干燥后获得预掺杂浓度为4% Co (EDX计算实际掺杂浓度为1.83at%)的BiFeO3样品。XRD如图1 (a)和I (b)中样品(3)所示，SEM如图2中(5)和(6)所示，EDX如图3中样品(3)所示，紫外-可见光吸收谱如图4 (a)中(3)所示，对应的Tauc图如图4 (b)中(3)所示。
【主权项】
1.一种简单的水热法制备Co掺杂的BiFeO 3，其特征在于控制好掺杂浓度后，并且通过以下工艺过程实现:所用铋源为Bi (NO3) 3.5H20 (99%)，(0.05mol)，铁源为Fe (NO3) 3.9H20(98.5%)，(0.05mol)，钴源为 Co (NO3)2.6H20 (99.9%)，(0.05mol);将称量好的药品溶解在15 ml浓度为10wt%的稀硝酸中，磁力搅拌20 min至溶液变成透明状；在上述透明液中逐滴滴入浓度为28wt%的氨水引起共沉淀反应，沉淀Fe3+，Bi3+和Co 2+离子，当pH值为10 ~11时，将沉淀离心，用去离子水反复清洗，洗至中性；然后称量一定的KOH溶解在15 ml的去离子水中，磁力搅拌10 min,将所得的KOH溶液倒入上述沉淀，在磁力搅拌器上连续搅拌I h;最后，将制备好的前驱液放入容积为50 ml的聚四氟乙烯水热反应釜中，将反应釜放入设定温度为200°C的恒温烘箱中水热反应24 h，水热反应结束后，将反应釜自然冷却至室温，所得的样品用去离子水和无水乙醇反复清洗直到去除所有可溶性盐，放入设定温度为60°C的真空干燥箱中干燥后得到实际掺杂浓度分别为0at%，0.75&丨％和1.83at%的样品，使用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量分散X射线能谱(EDX)以及紫外-可见光吸收谱(Uv-vis)对样品的结构、形貌、样品成分及光学性能进行了表征。
2.如权利要求1所述，其特征在于，Co的实际掺杂浓度分别为0at%，0.75at%和1.83at%0
3.如权利要求1所述，其特征在于，工艺参数确定为KOH浓度为6M时，温度为200°C下反应24 h合成过渡元素Co掺杂的BiFeO3颗粒。
4.如权利要求1所述，其特征在于，是用传统的水热法制备出Co掺杂的BiFeO3颗粒，并研宄其光学性能。
【专利摘要】本发明公开了一种制备Co掺杂BiFeO3的方法，属于材料制备技术领域。通过水热法制备Co掺杂的BiFeO3粉体，以分析纯级的Bi(NO3)3 ·5H2O，Fe(NO3)3·9H2O，Co(NO3)2·6H2O作为反应源，将称量好的药品溶解在15 ml的稀硝酸，磁力搅拌20 min，在透明溶液中逐滴滴入28wt%的氨水引起共沉淀，当pH值为10 ~ 11时清洗；然后，称量一定的KOH溶解在15 ml的去离子水中，搅拌10 min，将所得的KOH溶液倒入上述沉淀，连续搅拌1 h；最后，将制备好的前驱液移至反应釜中，在200℃下反应24 h，反应结束后，自然冷却至室温，所得样品用去离子水和无水乙醇反复清洗后将样品放入60℃的真空干燥箱中干燥，得到所需样品进行表征。本发明的特点是：方法简单，成本低，产率高，对环境危害小，易于推广。
【IPC分类】C01G49-00
【公开号】CN104876279
【申请号】CN201510250288
【发明人】李锦 , 关晓英, 乔忠旺
【申请人】新疆大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月18日