专利名称：钴离子掺杂二氧化钛铁磁材料的溶胶凝胶制备方法
技术领域：
本领域涉及一种钴离子掺杂二氧化钛铁磁材料及其制备技术，特别涉及一种用溶胶凝胶法制备钴离子掺杂二氧化钛铁磁颗粒和薄膜的制备技术。
背景技术：
二氧化钛是一种极重要的半导体功能材料，在催化、光电、介电等技术领域有广泛的应用前景。特别是2001年，Y.Matsumoto等首次发现钴离子掺杂二氧化钛薄膜在室温下同时具有铁磁性和半导特性，这大大推进了依赖电子自旋进行量子存贮技术的发展。然而，当前制备钴离子掺杂二氧化钛材料的技术主要集中在物理方法上，如激光分子束外延沉积法、磁控离子溅射法等。这些方法可以生长出单轴取向的薄膜，薄膜的室温铁磁和半导特性也较好。但是研究发现用物理方法制备的钴离子掺杂二氧化钛薄膜中或多或少存在纳米钴颗粒，它的存在不仅影响到薄膜的半导特性，而且对铁磁性的来源产生歧义。另外物理方法所要求的技术复杂、花费较大。
发明内容
本发明为克服物理方法制备钴离子掺杂二氧化钛材料的缺点，提供一种用溶胶凝胶方法制备具有铁磁和半导特性的钴离子掺杂二氧化钛材料化学手段，该法制备的颗粒和薄膜组分均匀、未发现纳米钴金属颗粒生成，同时方法简便易于操作、原料易得花费低廉。
图1 500℃煅烧的5mol％钴离子掺杂二氧化钛颗粒的XRD图谱图2 700℃煅烧的5mol％钴离子掺杂二氧化钛颗粒的XRD图谱具体实施方式
所用原料有化学纯钛酸正丁酯，分析纯无水乙醇，分析纯硝酸钴或氯化钴，二次去离子水。将一定量的钛酸正丁酯与一定量的无水乙醇混合均匀，作为第一组分；将一定量的硝酸钴或氯化钴和少量去离子水溶解于一定量的无水乙醇中作为第二组分。在搅拌下，将第二组分缓慢滴入第一组分中获得深兰色溶液；再将该体系静置2小时即可得到透明溶胶。该溶胶分成两份，其中一份在室温静置24小时到72小时获得凝胶，该凝胶在70℃下真空干燥得到干凝胶，干凝胶经研磨后的凝胶粉末放入高温电阻炉中在一定的温度下煅烧数小时即可得结晶的钴离子掺杂二氧化钛颗粒样品。在将预先用乙醇或丙酮浸泡并超声清洗过的玻璃板或石英玻璃片浸渍于另一份溶胶之中，采用浸渍-提拉法在玻璃板或石英玻璃片上获得钴离子掺杂二氧化钛薄膜；将薄膜在一定湿度和温度下保持24小时挥发溶剂同时完成凝胶，并放入高温电阻炉中在一定的温度下煅烧数小时即可得结晶的钴离子掺杂二氧化钛薄膜样品。
本发明的实现过程和材料的性能由实施例和
实施例一将15毫升钛酸正丁酯与20毫升的无水乙醇混合均匀，作为第一组分；将0.59克的硝酸钴和0.2毫升去离子水溶解于15毫升的无水乙醇中作为第二组分。在搅拌下，将第二组分缓慢滴入第一组分中获得深兰色溶液；再将该体系静置2小时即可得到透明溶胶，该溶胶在温度为15-35℃、湿度为30-60％条件下静置24小时到72小时获得凝胶，该凝胶在70℃下真空干燥得到干凝胶，干凝胶经研磨后的凝胶粉末放入高温电阻炉中在500℃温度下煅烧4小时即可得结晶的钴离子掺杂二氧化钛颗粒样品。图1显示了煅烧的钴离子掺杂二氧化钛薄膜颗粒的XRD图谱。图1显示了煅烧的钴离子掺杂二氧化钛颗粒的XRD图谱。
实施例二将15毫升钛酸正丁酯与20毫升的无水乙醇混合均匀，作为第一组分；将0.59克的硝酸钴和0.2毫升去离子水溶解于15毫升的无水乙醇中作为第二组分。在搅拌下，将第二组分缓慢滴入第一组分中获得深兰色溶液；再将该体系静置2小时即可得到透明溶胶，将预先用乙醇或丙酮浸泡并超声清洗过的玻璃板或石英玻璃片上述溶胶之中浸渍1分钟，以10厘米/分钟的速度提拉玻璃板或石英玻璃片获得钴离子掺杂二氧化钛薄膜；将薄膜该溶胶在温度为15-35℃、湿度为30-60％条件下保持24小时挥发溶剂同时完成凝胶，并放入高温电阻炉中在500℃下煅烧2小时即可得结晶的钴离子掺杂二氧化钛薄膜样品。
实施例三将15毫升钛酸正丁酯与20毫升的无水乙醇混合均匀，作为第一组分；将0.59克的硝酸钴和0.2毫升去离子水溶解于15毫升的无水乙醇中作为第二组分。在搅拌下，将第二组分缓慢滴入第一组分中获得深兰色溶液；再将该体系静置2小时即可得到透明溶胶，该溶胶在该溶胶在温度为15-35℃、湿度为30-60％条件下静置24小时到72小时获得凝胶，该凝胶在70℃下真空干燥得到干凝胶，干凝胶经研磨后的凝胶粉末放入高温电阻炉中在700℃温度下煅烧4小时即可得结晶的钴离子掺杂二氧化钛颗粒样品。图2显示了煅烧的钴离子掺杂二氧化钛颗粒的XRD图谱。
实施例四将15毫升钛酸正丁酯与20毫升的无水乙醇混合均匀，作为第一组分；将0.59克的硝酸钴和0.2毫升少量去离子水溶解于15毫升的无水乙醇中作为第二组分。在搅拌下，将第二组分缓慢滴入第一组分中获得深兰色溶液；再将该体系静置2小时即可得到透明溶胶，将预先用乙醇或丙酮浸泡并超声清洗过的玻璃板或石英玻璃片上述溶胶之中浸渍1分钟，以10厘米/分钟的速度提拉玻璃板或石英玻璃片获得钴离子掺杂二氧化钛薄膜；将薄膜该溶胶在温度为15-35℃、湿度为30-60％条件下保持24小时挥发溶剂同时完成凝胶，并放入高温电阻炉中在700℃下煅烧2小时即可得结晶的钴离子掺杂二氧化钛薄膜样品。
权利要求
1.一种钴离子掺杂二氧化钛铁磁材料的溶胶凝胶制备方法，其主要特征是掺杂过程从溶液开始并通过常温溶胶凝胶反应和煅烧，实现二氧化钛的钴离子均匀掺杂制备铁磁颗粒和薄膜。
2.如权利要求1所述钴离子掺杂二氧化钛铁磁材料的溶胶凝胶制备方法，其特征是钛源为钛醇盐(如钛酸正丁酯、钛酸丙酯、钛酸乙酯)或四氯化钛；用硝酸钴或氯化钴实现钴离子的掺杂。
3.如权利要求1所述钴离子掺杂二氧化钛铁磁材料的溶胶凝胶制备方法，其特征是溶胶凝胶的制备温度为15-35℃、湿度为30-60％。
4.如权利要求1所述钴离子掺杂二氧化钛铁磁材料的溶胶凝胶制备方法，其特征是预先用乙醇或丙酮浸泡并超声清洗过的玻璃板或石英玻璃片浸渍于上述溶胶之中，采用浸渍-提拉法在玻璃板或石英玻璃片上获得钴离子掺杂二氧化钛薄膜。
5.如权利要求1所述钴离子掺杂二氧化钛铁磁材料的溶胶凝胶制备方法，其特征是获得锐钛矿和金红石颗粒材料的热处理温度分别为500℃和700℃，时间为4小时。
6.如权利要求1所述钴离子掺杂二氧化钛铁磁材料的溶胶凝胶制备方法，其特征是获得锐钛矿或金红石薄膜材料的热处理温度为500℃和700℃，时间为2小时。
全文摘要
本发明涉及一种钴离子掺杂二氧化钛铁磁材料的制备技术，特别涉及一种用溶胶凝胶法制备钴离子掺杂二氧化钛颗粒和薄膜的化学制备技术。与常用的物理制备方法相比，本发明所提供的溶胶凝胶法制备的钴离子掺杂二氧化钛铁磁颗粒和薄膜组分均匀、未发现纳米钴金属颗粒生成(附图显示500℃煅烧的5mol％钴离子掺杂二氧化钛薄膜的XRD图谱)，这种方法简便易于操作、原料易得花费低廉，有利于工业化生产。
文档编号H01F41/00GK1607611SQ20031010582
公开日2005年4月20日 申请日期2003年10月13日 优先权日2003年10月13日
发明者赵晓鹏, 尹剑波 申请人:西北工业大学