一种多铁性液体及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于多铁性材料领域，具体涉及一种多铁性液体及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 1994年瑞士的Schmid明确提出了多铁性材料这一概念，多铁性材料 (mutliferroic)是指材料的同一个相中包含两种及两种以上铁的基本性能，这些铁的基本 性能包括铁电性（反铁电性），铁磁性（反铁磁性、亚铁磁性）和铁弹性。这类材料在一定的 温度下同时存在自发极化序和自旋序，正是它们的同时存在引起的磁电耦合效应，使多铁 性体具有某些特殊的物理性质，引发了若干新的、有意义的的物理现象，如：在磁场的作用 下产生电极化或者诱导铁电相变；在电场作用下产生磁场或者诱导铁磁相变；在Curie温 度铁磁相变点附近产生介电常数的突变，多铁性材料已成为当前国际上研究的一个热点。
[0003] 目前同时具有铁电有序和磁性有序的材料也不多，例如有铁酸铋（BiFeO3，简称 BF0)、锰酸铋（BiMnO3，简称ΒΜ0)。即便如此，目前研究的多铁性材料都是固态，包括多铁 性陶瓷、多铁性薄膜、多铁性单晶等；固态多铁性材料存在以下不足：1、固态多铁性材料的 矫顽力比较大，当用磁场或电场来调控器磁性或铁电性的时候，需要的磁场或电场也就比 较大；2.当研究其磁电耦合效应的时候，发现效应比较弱变化不明显；3.施加电场过大容 易将多铁性材料损坏，造成材料浪费；4.多铁性材料一旦成型就不能改变。液态的多铁性 材料还未见报道，在国际上也没有"多铁性液体"这个概念。这是因为，当多铁性材料处于 液化状态的时候，温度一般都高于其铁电居里温度或者铁磁居里温度，此时多铁性材料已 经失去铁电性和（或）铁磁性（或亚铁磁性、反铁磁性）。因此，我们首次提出"多铁性液 体"（或者叫多铁性流体）这个概念，并给出了其制备方法。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述固态多铁性材料的不足，本发明提供了一种多铁性液体及其制备方 法。
[0005] 本发明通过以下技术方案实现：
[0006] -种多铁性液体，包括基液、表面活性剂、多铁性的纳米颗粒，所述纳米颗粒为单 相多铁材料制成，所述基液和所述表面活性剂均匀混合成混合液体，所述多铁性的纳米颗 粒均勾分散在所述混合液体中形成稳定的悬浮液。
[0007] 进一步，所述多铁性的纳米颗粒的粒径兰20nm。
[0008] 进一步，所述多铁性的纳米颗粒是具有多铁性的纳米微粒或纳米线。
[0009] 进一步，所述基液为水、有机液体或者有机水溶液。
[0010] 进一步，所述基液为硅油、十二烷基苯、聚丁烯油至少一种。
[0011] 进一步，所述表面活性剂为油酸、氨基十二烷、氟醚酸、月桂酸、苯基十一烷酸至少 一种。
[0012] 制备上述任一所述的多铁性液体的方法，包括以下步骤：
[0013] 准备基液、表面活性剂以及干燥的纳米颗粒；
[0014] 把基液和表面活性剂均匀混合成混合液体，再把纳米颗粒加入装有混合液体的容 器中，摇动容器让纳米颗粒分散避免团聚、沉淀，密封容器并放置在摇床上摇动使多铁性的 纳米颗粒均匀的分散在混合液体中，从而得到稳定的纳米颗粒体积分数为V%的多铁性液 体，
[0015]
[0016] 进一步，摇床摇动时间大于半小时。
[0017] 进一步，所述V%小于20%，多铁性的纳米颗粒较少，纳米颗粒之间的距离相对较 大，不容易发生团聚，形成的多铁性液体悬浮液相对比较稳定。
[0018] 进一步，所述V%小于2%，多铁性的纳米颗粒很少，纳米颗粒之间的距离大，越不 容易发生团聚，形成的多铁性液体悬浮液非常稳定。
[0019] 本发明的有益效果：
[0020] 本发明的多铁性液体，制备方法简单，可根据需要选择相应的基液和表面活性剂 混合，再将多铁性的纳米颗粒加入基液与表面活性剂的混合液体中并摇动，使表面活性剂 包裹纳米颗粒防止其团聚、沉降，包裹有表面活性剂的纳米颗粒均匀的分散在基液中形成 稳定的胶体体系即为多铁性液体。
[0021] 相对于固态的多铁性材料而言，多铁性液体具有如下特点：1、多铁性材料具有可 流动性，其形态是无定形的；多铁性液体中的纳米颗粒在磁场（或电场）作用下可以形成链 状、可以通过外加磁场（或电场）调控链的长短、距离、粗细；2、多铁性的纳米颗粒由于同时 具有铁电性和磁性，因此相比固态多铁性材料多铁性液体在较小的电场或磁场作用下，纳 米颗粒就能够发生转动，而且由于在液体中，所以其矫顽场会比较小，由于布朗运动，在电 场或磁场下的转向更容易；多铁性液体对电场和磁场敏感度高；多铁性液体的铁电耦合效 应强于固态多铁性材料；3、在电场或磁场作用下，固态多铁性材料中电畴的取向只能沿着 接近于电场方向的某些取向，并不一定沿着电场方向，而对于多铁性液体而言，由于多铁性 的纳米颗粒可以在液体中自由转动，因此其电畴的取向可以完全沿着电场方向。
[0022] 由于多铁性液体同时具有铁电性、磁性和流动性，发现其具有许多独特的电学、磁 学、流体力学、光学和声学特性。多铁性液体具有磁光效应、场致折射效应，则固态多铁性材 料没有这些性能，可拓宽多铁性材料的应用。当多铁性液体置于一定强度的均匀电场或磁 场，当一束偏振光穿过时，偏振光的电矢量平行于外电场方向与垂直于外电场方向吸收情 况会存在差异，因而呈光学各向异性，将产生法拉第效应、双折射效应等一系列电光效应。 多铁性液体在交变场中具有电导率频散、铁电粘滞性等现象。同样，可以通过电场来控制多 铁性液体的磁性，反过来也可以施加磁场来改变其电性能。
[0023] 相对于固态的多铁性材料，用电场或磁场对多铁性液体调控就比较容易；由于其 形状不定、易于调控，可以制作电-光开关、磁光开关。与机械光开关相比，具有以下特点： 1、开关速度快：〈〇. 2ms ;2、可靠性高：>100亿次翻转，无移动部件。3、体积小巧。此外还可 以根据其铁电性用于制备可调控多铁液体结构的太阳能电池，相对于固态多铁性材料制备 的太阳能电池的多铁性材料的厚度、形状等因素一旦成型就不能改变，而多铁性液体制备 太阳能电池，由于多铁性材料是液体可流动，则可以通过改变外场大小方向等因素，改变多 铁性的纳米颗粒组成的纳米链的长短、粗细以及距离，从而改变太阳能电池的性能。为太阳 能电池的研究开拓新的方向。
[0024] 总之，本发明首次提出多铁性液体概念并公开了多铁性液体的制备方法，为多铁 性材料的研究开辟了一个全新的研究方向，从而拓宽了多铁性材料的研究范围，可根据多 铁性液体的不同性能进行深入研究并加以利用，从而使多铁性材料得到更加充分的应用。
【附图说明】
[0025] 图1是本发明的多铁性液体示意图；
[0026] 图2是在电场或磁场下本发明的多铁性液体中的纳米微粒形成链状；
[0027] 图3a、图3b、图3c、图3d是垂直于磁场（或电场）方向观察本发明的多铁性液体 的结构在磁场（或电场）强度依次变弱的不同结构图；
[0028] 图4a、图4b、图4c、图4d是平行于磁场（或电场）方向观察本发明的多铁性液体 的结构在磁场（或电场）强度依次变强的不同结构图。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0030] 一种多铁性液体，包括基液、表面活性剂、多铁性的纳米颗粒，所述纳米颗粒为单 相多铁材料制成，所述基液和所述表面活性剂均匀混合成混合液体，所述多铁性的纳米颗 粒均匀分散在所述混合液体中形成稳定的悬浮液。所述多铁性的纳米颗粒的粒径s 20nm。 所述多铁性的纳米颗粒是具有多铁性的纳米微粒或纳米线。纳米颗粒的粒径越小越好，粒 径越小，由于库伦运动，纳米颗粒就不容易发生沉淀。反之，粒径越大，由于受到重力作用， 就容易发生沉淀，不能形成悬浮液了。如果粒径大，就必须选择密度也很大的基液体，用浮 力来抵消重力，这样对基液的选择就比较苛刻，可供选择的基液就比较少了。所述基液是 水、有机液体或者有机水溶液。为了能够对多铁性液体的多铁性进行表征，就需要对多铁性 液体施加电场，使得液体中的铁电性微粒被极化。因此，基液就应该选择导电性很差的液 体，比如接近于绝缘的油脂类，此外还应具有其他一些性能：击穿强度高，介质损耗角正切 小，绝缘电阻率高，相对介电常数小；其次是具有优良的物理和化学性能。如汽化温度高，闪 点高，尽量难燃或不燃；凝固点低，合适的粘度和粘度-温度特性；热导率大，比热容