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] 同铁磁材料一样，铁电材料也可以用于信息存储。由于铁电材料具有优良的铁电、 介电、热释电性、电光特性、声光特性、非线性光学等特性，它们在铁电存储器、红外探测器、 传感器、声表面波、集成光电器件、电容器等固态器件方面有着非常重要的应用，这也极大 地推动了铁电材料及铁电物理学的研究和发展。基于铁电材料的铁电随机存储器由于其非 易失性和读取速度快等特点而具有巨大的应用前景。铁电材料及其应用研究已成为凝聚态 物理、固体电子学领域最热门的研究课题之一。
[0004] 目前同时具有铁电有序和磁性有序的材料也不多，典型的有铁酸铋（BiFe03，简称 BF0)、锰酸铋（BiMn03,简称BM0)、罗息盐（NaKC4H406. 4H20)、BaFe1201E^。而且，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。目前同时具有铁电有序 和磁性有序的单相料材不多，而且这些材料要么是磁性不够强，要么就是铁电性比较弱，要 么就是居里温度比较低（只有在低温下才具有磁性和铁电性）。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到时候，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）了。因此， 我们首次提出"多铁性液体"这个概念，并给出了其制备方法。
【发明内容】
[0005] 为了解决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。
[0006] 本发明通过以下技术方案实现：
[0007] -种多铁性液体，包括多铁性的纳米颗粒、基液和表面活性剂；所述纳米颗粒的内 部为磁性材料，所述磁性材料的外表面被铁电材料完全包裹；所述基液和所述表面活性剂 均匀混合为混合液体，所述纳米颗粒均匀分散在所述混合液体中形成稳定的悬浮液。
[0008] 进一步，所述纳米颗粒的粒径兰20nm。
[0009] 进一步，所述纳米颗粒为具有多铁性的纳米微粒或纳米线。
[0010] 进一步，所述基液为水、有机液体或有机水溶液。
[0011] 进一步，所述基液为硅油、十二烷基苯或聚丁烯油。
[0012] 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。
[0013] 制备上述任一所述的多铁性液体的方法，包括以下步骤：
[0014] 准备基液、表面活性剂以及干燥的纳米颗粒；
[0015] 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，
[0016]
[0017] 进一步，摇床摇动时间大于半小时。
[0018] 进一步，为了使多铁性液体比较稳定，所述V%小于20%。
[0019] 进一步，为了使多铁性液体更加稳定，所述V%小于2%。
[0020] 本发明的有益效果：
[0021] 1、对于固态多铁材料，因为其矫顽力比较大，当用磁场或电场来调控器磁性或铁 电性的时候，需要的场比较大。而多铁性液体，其矫顽力较小，由于纳米颗粒悬浮在液体中， 纳米颗粒受到布朗运动的影响，且液体对纳米颗粒运动的阻力相对固体而言小很多。在外 力作用下，纳米颗粒可以在液体中旋转，其磁矩方向或者极化方向就可以相应发生转变，然 后在固体里面，晶粒显然不能转动，阻力很大。
[0022] 2、对于固态多铁材料，研究其磁电耦合效应的时候，发现磁电耦合效应比较弱。施 加电场的时候对磁性能的改变很小，或者，施加磁场的时候对其铁电性能的影响很小。对 于多铁性液体，每一个纳米颗粒都具有铁电性和磁性，施加电场的时候，纳米颗粒就发生转 动，其磁矩也随之转动；反之，施加磁场的时候，纳米颗粒由于有磁性，就会在磁场方向下轻 松转动，极化方向也发生转变；只要施加很小的电场或磁场，就能使得磁矩方向或极化方向 转动。多铁性液体提高了磁电耦合效应。
[0023] 3、对于固态多铁性材料，施加电场过大，固态多铁性材料很容易被电场击穿而损 坏，而且这种击穿是永久的，不能恢复。对于多铁性液体，某一个点被电场击穿坏掉之后，只 需要去掉电（磁）场，摇一摇，然后再施加电（磁）场，多铁性液体又能恢复使用。而且，多 铁性液体只需要很小的电场就能改变其极化方向，因此也不容易被击穿。
[0024] 4、对于固态多铁性材料，结构一旦成型，就不能改变。而多铁性液体，由于液体的 流动性，施加电（磁）场之后，可以很容易的改变纳米链的长短粗细。多铁性液体的内部结 构是可变的。不需要用的时候就不给电（磁）场，需要用的时候就施加电（磁）场，用完之 后就可以去掉电（磁）场。而且可以通过改变电（磁）场的大小、方向、梯度等参数，随意 控制纳米链的结构。比如，成光伏电池，使用固态多铁性材料，薄膜层的厚度就是恒定的，电 极之间的距离、电极的面积都是恒定的；如果是纳米线，那么纳米线的长度粗细距离都是恒 定不变的。使用多铁性液体，则可以通过改变电（磁）场大小方向等因素，来改变纳米链的 长短、粗细、距离。
[0025] 5、多铁性液体，具有磁光效应、折射效应，这些在固态铁电材料中没有的性能。
[0026] 6、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，而对于铁电多铁性液体而言，由于铁电性的纳米颗粒 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。
[0027] 由于多铁性液体同时具有铁电性、磁性和流动性，因此具有许多独特的电学、磁 学、流体力学、光学和声学特性。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。
[0028] 总之，本发明首次提出了多铁性液体并提供了制备方法，为多铁性材料的研究开 拓了新的方向。而且本发明的使用由磁性材料为核、铁电性材料包裹磁性材料为壳组成的 纳米颗粒，制备简单，且该纳米颗粒同时具有铁电性和磁性，还具有流动性，同时对磁（电） 场都很敏感，使本发明的多铁性液体具有磁电耦合效应，较固态多铁性材料的磁电耦合效 应更强。本发明的多铁性的材料，在传感器、密封器件等方面具有一定的应用价值。
【附图说明】
[0029] 图1是本发明的多铁性液体示意图；
[0030] 图2是本发明的多铁性液体在磁（电）场或者磁场电场同时存在下纳米颗粒沿磁 (电）场的方向排列成链状；
[0031 ] 图3是CF0-BF0核壳结构的多铁性液体的TEM图；
[0032] 图4是CF0-BF0核壳结构纳米颗粒的磁化曲线；
[0033] 图5是体积分数为2%的CF0-BF0核壳结构多铁性液体的磁化曲线。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
[0035] 一种多铁性液体，包括多铁性的纳米颗粒、基液和表面活性剂。所述纳米颗粒 的内部为磁性材料构成纳米颗粒的核，所述磁性材料优选四氧化三铁（Fe304)、钴铁氧体 (C〇Fe204，简写CF0)或（y-Fe203(本领域技术人员应当知道也可以使用其他磁性材料）； 所述铁电材料的外表面被磁性材料完全包裹构成纳米颗粒