专利名称：具有室温铁磁性TiO<sub>2</sub>的纳米粉末材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及稀磁半导体粉末材料的制备技术。
背景技术：
以研究和控制电子作为电荷负载体的输运特性为主要内容的微电子学是上世纪人类最伟大的创造之一，微电子技术正以moore定律在快速向前发展。在目前的信息技术中信息处理和信息储存是分开进行的。如果能够同时利用电子的电荷和自旋两种信息载体，设计、开发一种全新的电子器件，就有可能引导出 全新的信息处理和存储模式，也会大大提升信息处理的能力，这就是自旋电子学所研究的问题。稀磁半导体被认为是最有可能实现用自旋自由度来制造自旋电子器件的主导材料。自从2001年日本学者Matsumoto等在Co: TiO2体系中发现室温铁磁性以来，世界各国广泛开展了 TiO2基稀磁半导体的研究工作.Co掺杂TiO2基稀磁半导体的制备有多种方法，如分子束外延法，磁控溅射法，脉冲激光沉积法，离子注入法，溶胶-凝胶法等，而不同的生长方法对其性质有很大的影响.其中，溶胶-凝胶具有工艺设备简单，易操作，成本低廉，可以在较低温度下制备纯度较高、粒径分布较窄、化学成分可控的纳米粒子等优点，使得该方法在TiO2基稀磁半导体的制备方面应用较为广泛.目前，在空气中通过溶胶凝胶法制备掺杂TiO2基稀磁半导体的过程中，多数研究者通过旋涂或浸溃提拉将其制备成薄膜，而制备成纳米颗粒相对很少，主要因为纳米颗粒的磁性多为顺磁性。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有室温铁磁性TiO2的纳米粉末材料的制备方法。本发明是具有室温铁磁性TiO2的纳米粉末材料的制备方法，其步骤为
制备稳定的溶胶液体
(1)将2.5mol/L 3. OmoI/L钛酸丁酯([CH3 (CH2) 30] 4Τ )和无水乙醇按体积I: I. 5 1:2充分混合；
(2)向混合溶液中滴加体积比占O.I O. 2的浓度为17. 5mol/L冰乙酸作为螯合剂，搅拌10 15分钟得到溶液A ;
(3)称量体积比占O.05 O. I的去离子水加入到体积比占O. 5 O. 7的无水乙醇中，再加入体积比占O. 02 O. 04的浓度为16mol/L浓硝酸作为催化剂，得到溶液B ；
(4)在剧烈搅拌的情况下，将溶液B缓慢滴加到溶液A中，得到溶液C;
(5)继续搅拌Ih，得到溶液D;
(6)室温陈化3h，得到稳定的溶胶；
获取具有室温磁性的TiO2纳米粉末
(7)将溶胶放入温度为80°C的干燥箱中干燥15h 30h，得到干凝胶；
(8)用马氏炉将干凝胶在空气氛围中在退火温度为400°C 600°C下进行退火处理，退火时间为lh，得到未掺杂TiO2的纳米粉末。
本发明是通过在空气中退火来制备未掺杂的TiO2粉末材料的方法来获得具有室温铁磁性的新型稀磁半导体材料。利用溶胶-凝胶法制备的TiO2粉体材料在空气气氛中退火，制备出具有室温铁磁性的TiO2粉体，并且在TiO2粉体材料中观察到的室温铁磁性，与在真空或氧分压较低的条件下制备的TiO2薄膜材料相比，具有良好的稀磁结果。本发明的制备方法简单易行，成本低廉。
图I是空气气氛下退火温度为450°C的TiO2纳米粉末的SEM图，图2是空气气氛下退火温度为550°C的TiO2纳米粉末的SEM图像，图3是空气气氛中退火温度为450°C的TiO2纳米粉末的EDS图谱，图4空气气氛中退火温度为550°C的T iO2纳米粉末的EDS图谱，图5是空气气氛中退火温度为450°C的TiO2纳米粉末XPS精细谱的Ti 2p部分，图6是空气气氛中退火温度为550°C的TiO2纳米粉末XPS精细谱的Ti 2p部分，图7空气气氛中退火温度为450°C的TiO2纳米粉末XPS精细谱的Ols部分，图8空气气氛中退火温度为550°C的TiO2纳米粉末XPS精细谱的O Is部分，图9室温下空气氛围中退火温度分别为450°C和550°C下的TiO2纳米粉末的M-H图。
具体实施例方式本发明是具有室温铁磁性TiO2的纳米粉末材料的制备方法，其步骤为
(I)制备稳定的溶胶液体
将 2. 5mol/L 3. OmoI/L 钛酸丁酯([CH3 (CH2) 30] 4Ti )和无水乙醇按体积 1:1. 5 ~1:2充分混合，然后向混合溶液中滴加体积比占O. I O. 2的浓度为17. 5mol/L冰乙酸(CH3C00H)作为螯合剂，搅拌10 15分钟得到溶液A ;称量体积比占O. 05 O. I的去离子水加入到体积比占O. 5 O. 7的无水乙醇中，再加入体积比占O. 02 O. 04的浓度为16mol/L浓硝酸作为催化剂，得到溶液B。在剧烈搅拌的情况下，将溶液B缓慢滴加到溶液A中，得到溶液C。继续搅拌I h，得到溶液D。室温陈化3 h，得到稳定的溶胶。(2)获取具有室温磁性的TiO2纳米粉末
将步骤(I)中得到的溶胶放入温度为80°c的干燥箱中干燥15h 30h得到干凝胶，然后用马氏炉将干凝胶在空气氛围中在退火温度为450°C 600°C下进行退火处理，退火时间为lh，得到未掺杂TiO2纳米粉末。下面通过更为具体的实施例展开本发明。实施例I :
(I)制备稳定的溶胶液体
将10 ml浓度为3. Omol/L钛酸丁酯([CH3(CH2)30]4Ti)在剧烈搅拌的情况下滴加到15 ml无水乙醇当中，再向里面滴加I. 5ml浓度为17. 5mol/L的冰乙酸(CH3C00H)作为螯合齐U，搅拌10 15分钟得到溶液A ;称量O. 2 ml去离子水加入5ml无水乙醇中，再加入O. 25ml浓度为16mol/L的浓硝酸作为催化剂，得到溶液B。在剧烈搅拌的情况下，将溶液B缓慢滴加到溶液A中，得到溶液C。继续搅拌I h，得到溶液D。室温陈化3 h，得到稳定的溶胶。(2)获取具有室温磁性的TiO2纳米粉末
将步骤(I)中得到的溶胶放入温度为80°c的干燥箱中干燥15h 30h得到干凝胶，然后用马氏炉将干凝胶在空气氛围中在退火温度为450°C下进行退火处理，退火时间为lh，得到未掺杂TiO2纳米粉末。图I所示为在空气气氛下退火温度为450°C的TiO2纳米粉末的SEM图，图3所示为在空气气氛中退火温度为450°C的TiO2纳米粉末的EDS图谱，图5所示为在空气气氛中退火温度为450°C的TiO2纳米粉末XPS精细谱的Ti 2p部分，图7所示为在空气气氛中退火温度为450°C的TiO2纳米粉末XPS精细谱的O Is部分。实施例2
(I)制备稳定的溶胶液体
将12 ml浓度为2. 5 mol/L钛酸丁酯([CH3(CH2)30]4Ti)在 剧烈搅拌的情况下滴加到30ml无水乙醇当中，再向里面滴加2ml浓度为17. 5mol/L的冰乙酸(CH3C00H) 作为螯合剂，搅拌10 15分钟得到溶液A ;称量O. 3 ml去离子水加入7 ml无水乙醇中，再加入O. 4 ml浓度为16mol/L的浓硝酸作为催化剂，得到溶液B。在剧烈搅拌的情况下，将溶液B缓慢滴加到溶液A中，得到溶液C。继续搅拌I h，得到溶液D。室温陈化3 h，得到稳定的溶胶。(2)获取具有室温磁性的TiO2纳米粉末
将步骤(I)中得到的溶胶放入温度为80°c的干燥箱中干燥15h 30h得到干凝胶，然后用马氏炉将干凝胶在空气氛围中在退火温度为550°C下进行退火处理，退火时间为lh，得到未掺杂TiO2纳米粉末。图2所示为在空气气氛下退火温度为550°C的TiO2纳米粉末的SEM图像，图4所示为在空气气氛中退火温度为550°C的TiO2纳米粉末的EDS图谱，图6所示为在空气气氛中退火温度为550°C的TiO2纳米粉末XPS精细谱的Ti 2p部分，图8所示为在空气气氛中退火温度为550°C的TiO2纳米粉末XPS精细谱的O Is部分。实施例3:
(I)制备稳定的溶胶液体
将15 ml浓度为2. 5 mol/L钛酸丁酯([CH3(CH2)30]4Ti)在剧烈搅拌的情况下滴加到20 ml无水乙醇当中，再向里面滴加3ml浓度为17. 5mol/L的冰乙酸(CH3C00H)作为螯合齐U，搅拌10 15分钟得到溶液A ;称量O. 8 ml去离子水加入5 ml无水乙醇中，再加入O. 5ml浓度为16mol/L的浓硝酸作为催化剂，得到溶液B。在剧烈搅拌的情况下，将溶液B缓慢滴加到溶液A中，得到溶液C。继续搅拌I h，得到溶液D。室温陈化3 h，得到稳定的溶胶。(2)获取具有室温磁性的TiO2纳米粉末
将步骤(I)中得到的溶胶放入温度为80°c的干燥箱中干燥15h 30h得到干凝胶，然后用马氏炉将干凝胶在空气氛围中在退火温度为600°C下进行退火处理，退火时间为lh，得到未掺杂TiO2纳米粉末。图9所示为在室温下空气氛围中退火温度分别为450°C和550°C下的TiO2纳米粉末的M-H图。
权利要求
1.具有室温铁磁性TiO2的纳米粉末材料的制备方法，其步骤为 制备稳定的溶胶液体 (1)将2.5mol/L 3. OmoI/L钛酸丁酯([CH3 (CH2) 30] 4Τ )和无水乙醇按体积I: I. 5 1:2充分混合； (2)向混合溶液中滴加体积比占O.I O. 2的浓度为17. 5mol/L冰乙酸作为螯合剂，搅拌10 15分钟得到溶液A ; (3)称量体积比占O.05 O. I的去离子水加入到体积比占O. 5 O. 7的无水乙醇中，再加入体积比占O. 02 O. 04的浓度为16mol/L浓硝酸作为催化剂，得到溶液B ； (4)在剧烈搅拌的情况下，将溶液B缓慢滴加到溶液A中，得到溶液C； (5)继续搅拌Ih，得到溶液D; (6)室温陈化3h，得到稳定的溶胶； 获取具有室温磁性的TiO2纳米粉末 (7)将溶胶放入温度为80°C的干燥箱中干燥15h 30h，得到干凝胶； (8)用马氏炉将干凝胶在空气氛围中在退火温度为400°C 600°C下进行退火处理，退火时间为lh，得到未掺杂TiO2的纳米粉末。
全文摘要
具有室温铁磁性TiO2的纳米粉末材料的制备方法，利用溶胶-凝胶法制备的TiO2粉体材料在空气气氛中退火，制备出具有室温铁磁性的TiO2粉体，并且在TiO2粉体材料中观察到的室温铁磁性，与在真空或氧分压较低的条件下制备的TiO2薄膜材料相比，具有良好的稀磁结果。
文档编号B82Y40/00GK102765753SQ20121024287
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月15日 优先权日2012年7月15日
发明者姜金龙, 戴剑锋, 李松栗, 李维学, 李青彪, 梁纪锋, 王青, 霍晓迪, 魏学刚 申请人:兰州理工大学