一种铁酸铋纳米圆柱体及其制备方法
【专利摘要】本发明提出了一种铁酸铋纳米圆柱体及其制备方法，以硝酸铋和硝酸铁为原料，通过水热法调节水热条件如控制氢氧化钠浓度、反应温度和时间等关键参数，控制所制备的铁酸铋纳米圆柱体的形貌。所述通过简单水热法制备出铁酸铋纳米圆柱体，直径为400-800nm，厚度为100-400nm。与现有技术相比，本发明提供的铁酸铋纳米圆柱体的制备方法，无污染，成本低，生产工艺简单，易于工业化生产；合成的铁酸铋纳米圆柱体在信息存储、传感器及微电子学等领域有广阔的应用前景。
【专利说明】一种铁酸铋纳米圆柱体及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无机非金属材料及其制备【技术领域】，尤其涉及一种铁酸铋纳米圆柱体及其制备方法。
【背景技术】
[0002]多铁性材料是一种同时具有铁磁、铁电、铁弹等两种及以上多种铁性的新型多功能材料，而且由于各种铁性之间的耦合，还会产生压磁效应、磁电效应以及磁控极化反转等效应，使其在数据存储、自旋电子学和微电子学等领域具有广阔的应用前景，受到人们的广泛关注。目前，铁酸铋BiFeO3作为一种单相多铁性材料，具有三方钙钛矿结构(属于R3c空间群)，是少数在室温下同时具有铁电性和铁磁性的材料之一，其铁电居里温度TC为810°C,G型反铁磁尼尔温度TN为380°C，且两者之间存在明显的耦合作用，可以实现铁磁性和铁电性的相互调控。虽然BiFeO3早在20世纪60年代就被发现，但由于存在以下问题制约了其广泛应用:如铋离子的挥发、铁离子价态的波动及杂相的产生都可能引起漏导，而漏导大使其无法获得饱和极化。因此，为了提高其性能以满足实际应用要求，制备高质量的单相BiFeO3粉体至关重要。
[0003]BiFeO3粉体常见的制备方法主要有固相烧结法、溶胶_凝胶法、共沉淀法等，但这些方法需要后期的高温热处理，会导致粉体微粒间的团聚及杂相的产生。
【发明内容】
[0004]针对上述现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种铁酸铋纳米圆柱体，其具有纯度高、粒径分布窄、晶体发育完整等特点，还可以避免后期热处理而导致的粉体硬团聚和晶体自行长大等不利现象。`
[0005]本发明的目的在于提供一种铁酸铋纳米圆柱体的制备方法，通过水热法调节水热条件来实现对材料微观结构和形貌的控制，具有环保、低能耗、易控制等优点。
[0006]优选的，所述铁酸铋纳米圆柱体，是以硝酸铋和硝酸铁为原料，通过简单水热法制备出铁酸铋纳米圆柱体，直径为400-800nm，厚度为100_400nm。
[0007]优选的，所述铁酸铋纳米圆柱体的制备方法，具体制备步骤为:
[0008]I)按照铁酸铋化学式BiFeO3计量称取硝酸铋和硝酸铁，然后加入到聚四氟乙烯反应釜内胆中，按照填充度50%-80%加入去离子水，铁酸铋的摩尔体积分数为0.02-0.1mol/L，磁力搅拌0.5-1小时；
[0009]2 )将氢氧化钠边搅拌边缓慢加入到步骤I)中的聚四氟乙烯反应釜内胆中，氢氧化钠的摩尔体积分数为l_5mol/L，磁力搅拌10-30分钟；
[0010]3)将聚四氟乙烯反应釜内胆密封于不锈钢反应釜中，在130-180°c下进行水热反应,保温16-80小时后自然冷却到室温，取出反应产物，用去离子水和无水乙醇交替超声清洗数次，然后置于烘箱中60-100°C烘干，得到铁酸铋纳米圆柱体。
[0011]进一步优选的，所述铁酸铋纳米圆柱体的制备方法，具体制备步骤为:[0012]I)按照铁酸铋化学式BiFeO3计量称取硝酸铋和硝酸铁，然后加入到聚四氟乙烯反应釜内胆中，按照填充度50%-80%加入去离子水，铁酸铋的摩尔体积分数为0.03mol/L,磁力搅拌0.5-1小时；
[0013]2 )将氢氧化钠边搅拌边缓慢加入到步骤I)中的聚四氟乙烯反应釜内胆中，氢氧化钠的摩尔体积分数为2mol/L，磁力搅拌10-30分钟；
[0014]3)将聚四氟乙烯反应釜内胆密封于不锈钢反应釜中，在150°C下进行水热反应，保温36小时后自然冷却到室温，取出反应产物，用去离子水和无水乙醇交替超声清洗数次，然后置于烘箱中60-100°C烘干，得到铁酸铋纳米圆柱体。
[0015]在进一步的技术方案中，所述的氢氧化钠可以用氢氧化钾代替。
[0016]在进一步的技术方案中，所述的氢氧化钠以固体的形式加入到聚四氟乙烯反应釜内胆中，也可以将氢氧化钠溶于去离子水中，再以溶液的形式加入到聚四氟乙烯反应釜内胆中。
[0017]需要说明的是，本发明的一种铁酸铋纳米圆柱体的制备方法，所述的硝酸铋、硝酸铁和氢氧化钠的纯度均不低于化学纯。
[0018]本发明提供的铁酸铋纳米圆柱体，在现有技术中未见相关报道。
[0019]与现有技术相比，本发明提供的铁酸铋纳米圆柱体的制备方法，其简单廉价，易于操作和控制，实验设备要求低，无污染，成本低，生产工艺简单，易于工业化生产；并且其可以通过控制氢氧化钠浓度、反应温度和时间等关键参数，可以控制所制备的铁酸铋纳米圆柱体的形貌，如反应时间越长尺寸越大。合成的铁酸铋纳米圆柱体在信息存储、传感器及微电子学等领域有广阔的应用前景。
[0020]上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。`【专利附图】
【附图说明】
[0021]在下文中将基于仅为非限定性的实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中:
[0022]图1为采用本发明的方法在不同保温时间下制备的铁酸铋纳米圆柱体的XRD图谱；从图中可以看出，在保温时间为24h、36h、48h、60h时均制备成了铁酸铋相。
[0023]图2为采用本发明的方法在不同保温时间下制备的铁酸铋纳米圆柱体的SEM照片；从图中可以看出，保温时间24h (a)，开始大量合成纳米圆柱体；保温时间36h (b)，几乎全是纳米圆柱体；保温时间60h (c)，纳米圆柱体尺寸变大并且团聚在一起。
【具体实施方式】
[0024]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本发明中的【具体实施方式】，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
[0025]实施例一:
[0026]I)按照铁酸铋化学式BiFeO3计量称取硝酸铋和硝酸铁，然后加入到聚四氟乙烯反应釜内胆中，按照填充度50%-80%加入去离子水，铁酸铋的摩尔体积分数为0.02mol/L,磁力搅拌0.5-1小时；
[0027]2 )将氢氧化钠边搅拌边缓慢加入到步骤I)中的聚四氟乙烯反应釜内胆中，氢氧化钠的摩尔体积分数为lmol/L，磁力搅拌10-30分钟；
[0028]3)将聚四氟乙烯反应釜内胆密封于不锈钢反应釜中，在130°C下进行水热反应，保温24小时后自然冷却到室温，取出反应产物，用去离子水和无水乙醇交替超声清洗数次，然后置于烘箱中60-100°C烘干，得到铁酸铋纳米圆柱体。
[0029]实施例二:
[0030]I)按照铁酸铋化学式BiFeO3计量称取硝酸铋和硝酸铁，然后加入到聚四氟乙烯反应釜内胆中，按照填充度50%-80%加入去离子水，铁酸铋的摩尔体积分数为0.lmol/L，磁力搅拌0.5-1小时；
[0031 ] 2 )将氢氧化钠边搅拌边缓慢加入到步骤I)中的聚四氟乙烯反应釜内胆中，氢氧化钠的摩尔体积分数为5mol/L，磁力搅拌10-30分钟；
[0032]3)将聚四氟乙烯反应釜内胆密封于不锈钢反应釜中，在180°C下进行水热反应，保温48小时后自然冷却到室温，取出反应产物，用去离子水和无水乙醇交替超声清洗数次，然后置于烘箱中60-100°C烘干，得到铁酸铋纳米圆柱体。
[0033]实施例三:
[0034]I)按照铁酸铋化学式BiFeO3计量称取硝酸铋和硝酸铁，然后加入到聚四氟乙烯反应釜内胆中，按照填充度50%-80%加入去离子水，铁酸铋的摩尔体积分数为0.03mol/L,磁力搅拌0.5-1小时；
`[0035]2 )将氢氧化钠边搅拌边缓慢加入到步骤I)中的聚四氟乙烯反应釜内胆中，氢氧化钠的摩尔体积分数为2mol/L，磁力搅拌10-30分钟；
[0036]3)将聚四氟乙烯反应釜内胆密封于不锈钢反应釜中，在150°C下进行水热反应，保温36小时后自然冷却到室温，取出反应产物，用去离子水和无水乙醇交替超声清洗数次，然后置于烘箱中60-100°C烘干，得到铁酸铋纳米圆柱体。
[0037]实施例四:
[0038]I)按照铁酸铋化学式BiFeO3计量称取硝酸铋和硝酸铁，然后加入到聚四氟乙烯反应釜内胆中，按照填充度70%加入去离子水，铁酸铋的摩尔体积分数为0.06mol/L，磁力搅拌I小时；
[0039]2 )将氢氧化钠边搅拌边缓慢加入到步骤I)中的聚四氟乙烯反应釜内胆中，氢氧化钠的摩尔体积分数为4mol/L，磁力搅拌25分钟；
[0040]3)将聚四氟乙烯反应釜内胆密封于不锈钢反应釜中，在130_180°C下进行水热反应，保温60小时后自然冷却到室温，取出反应产物，用去离子水和无水乙醇交替超声清洗数次，然后置于烘箱中90°C烘干，得到铁酸铋纳米圆柱体。
[0041]最后应说明的是:以上实施方式及实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式及实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述实施方式或实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施方式或实施例技术方案的精神和范围。
【权利要求】
1.一种铁酸铋纳米圆柱体的制备方法，其特征在于包括以下步骤: 1)按照铁酸铋化学式BiFeO3计量称取硝酸铋和硝酸铁，然后加入到聚四氟乙烯反应釜内胆中，按照填充度50%-80%加入去离子水，铁酸铋的摩尔体积分数为0.02-0.lmol/L,磁力搅拌0.5-1小时； 2)将氢氧化钠边搅拌边缓慢加入到步骤I)中的聚四氟乙烯反应釜内胆中，氢氧化钠的摩尔体积分数为l-5mol/L,磁力搅拌10-30分钟； 3)将聚四氟乙烯反应釜内胆密封于不锈钢反应釜中，在130-180°C下进行水热反应，保温16-80小时后自然冷却到室温，取出反应产物，用去离子水和无水乙醇交替超声清洗数次，然后置于烘箱中60-100°C烘干，得到铁酸铋纳米圆柱体。
2.根据权利要求1所述的一种铁酸铋纳米圆柱体的制备方法，其特征在于: 所述步骤I)中，铁酸秘的摩尔体积分数为0.03mol/L ； 所述步骤2)中,氢氧化钠的摩尔体积分数为2mol/L ； 所述步骤3)中，水热反应的温度为150°C，保温时间为36小时。
3.根据权利要求1或2所述的一种铁酸铋纳米圆柱体的制备方法，其特征在于:所述的氢氧化钠可以用氢氧化钾代替。
4.根据权利要求3所述的一种铁酸铋纳米圆柱体的制备方法，其特征在于:所述的氢氧化钠或氢氧化钾以固 体的形式加入到聚四氟乙烯反应釜内胆中，也可以将氢氧化钠或氢氧化钾溶于去离子水中，再以溶液的形式加入到聚四氟乙烯反应釜内胆中。
5.根据权利要求1或2所述的一种铁酸铋纳米圆柱体的制备方法，其特征在于:所述的硝酸铋、硝酸铁和氢氧化钠的纯度均不低于化学纯。
6.一种铁酸铋纳米圆柱体，其特征在于:通过以上任一权利要求所述的制备方法制备而成，直径为400-800nm，厚度为100-400nm。
【文档编号】B82Y30/00GK103771529SQ201310753342
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】王大伟, 王美丽, 崔岩, 刘峰斌, 屈敏, 焦志伟 申请人:北方工业大学