专利名称：一种氯掺杂铁酸铋粉体的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种氯掺杂铁酸铋粉体的制备方法，属于无机材料领域。
背景技术：
铁酸铋(BiFeO3, BF0)是一种具有三角扭曲的钙钛矿结构(属于R3C点群)的铁电磁材料，室温下同时具有两种结构有序，即铁电有序(T。= 1103K)和G型反铁磁有序(Tn=643K)，是少数室温下同时具有铁电性和反铁磁性的铁电磁材料之一。铁电性和磁性的共存不仅使其在磁性和铁电器件方面具有重要的应用前景，而且使其具有磁电耦合性质，此性质被认为在新型存储器件方面有重要意义.为了进一步提高铁酸铋光、电、磁性能，近年来，国内外科研工作者对其进行了丰富的掺杂改性研究，目前阳离子掺杂已取得了丰硕的成果，但是阴离子掺杂工作在国内外 进展缓慢。主要原因是普通工艺较难达到阴离子掺入铁酸铋晶格的目的。发明专利申请号201110168041. 8公开了氟替代铁酸铋晶格中氧的制备方法。其主要特点是在耐腐蚀的容器中将Bi (NO3) 3 · 5H20和Fe (NO3) 3 · 9H20在稀酸溶液中溶解，然后加入含氟盐(HF)，最后在溶液中加入朽1檬酸，温度80 ± 5°C水浴反应2. 5 ± O. 5h后,在温度260 ± 10°C烘干。将得到的粉末在温度780 ± 15°C反应30 土 3min ；除去杂质将分解后的粉末进行压片，在高温810 ± 15°C烧结10±2min，得到F—1有效进入BFO晶格的样品。掺杂F的样品即具有铁电性又具有铁磁性。虽然该方法将F离子有效掺入BFO中，但是该方法步骤繁多，需要价格昂贵的耐腐蚀容器，加热温度较高容易导致Bi离子的挥发从而产生杂质，同时柠檬酸的燃烧容易导致碳残留从而增加了铁酸铋的漏电流，并且该方法对于氟以外阴离子掺杂适用性并未研究。经过文献检索目前能有效进行氯离子的掺杂，并且工艺简单、条件温和、容易控制的方法尚未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氯掺杂铁酸铋粉体的制备方法，该方法将硝酸铋、硝酸铁、碱、氯化铋在室温下混合研磨或球磨，将得到的粉末加热，再用浓硝酸溶解产物中未反应的原料和副产物，再进行水洗，干燥，即得到氯有效进入铁酸铋晶格的样品。该样品既具有铁电性，又具有铁磁性，同时具有较好的光性能，本发明所述的方法步骤简单、设备成本低，易于规模化生产。为实现多功能电子器件的发展提供了一条有效途径。本发明所述的一种氯掺杂铁酸铋粉体的制备方法，按下列步骤进行a、将硝酸铋、硝酸铁、碱为碳酸氢钠或氢氧化钠、氯化铋按摩尔比I I 10 O. 03-0. 3，在室温条件下混合研磨或球磨O. 5小时；b、将得到的粉末在温度500°C加热1-2小时；C、用浓硝酸按体积比I : I酸洗，再进行水洗，干燥，即得到氯掺杂铁酸铋粉体。步骤a中加入氯化铋的物质的量为硝酸铋物质的量的15%。本发明所述的一种氯掺杂铁酸铋粉体的制备方法，该方法与现有技术相比合成过程不涉及强腐蚀性的氢氟酸对设备要求低可降低工业生产中的设备成本。并且氟原子半径比氧原子小，替换取代氧原子后会造成铁酸铋分子的晶格收缩，氯原子虽然同为卤素但是原子半径比氧原子大，替换取代氧原子后起到的作用是使铁酸铋分子晶格膨胀。由于晶格收缩，键长缩短导致铁酸铋微粒的键本征振动频率增大，使得铁酸铋材料光吸收带"蓝移"。可见光中紫外光的能量只占总能量的4%左右，所以吸收紫外光对太阳光的利用非常有限。而掺杂氯原子铁酸铋晶格膨胀后使材料光吸收带"红移"，可以使材料有效吸收更多的太阳光中的能量，可提高铁酸铋材料的光电性能。使用本方法制备的铁酸铋同时具有室温铁磁性，在工业使用中有助于利用磁场对光催化剂进行移动控制并且方便回收利用，提高使用效率。
图I为本发明得到样品的扫描电镜照片，样品为尺寸在100纳米左右的球形颗粒。图2为本发明得到样品的XRD图，可以看到通过本发明所述方法得到的氯掺杂铁 酸铋中未出现杂质相。图3为本发明得到样品的紫外-可见吸收图谱，从图中可以看出掺入氯后铁酸铋的吸收曲线发生了红移，说明氯掺杂有利于铁酸铋材料光性能的提高。图4为本发明得到样品的VSM磁性能测试，磁滞回线表明氯离子掺入铁酸铋后导致明显的铁磁性。
具体实施例方式实施例I将硝酸铋、硝酸铁、氢氧化钠、氯化铋按摩尔比I : I : 10 : O. 03，在室温条件下混合研磨或球磨O. 5小时；将得到的粉末在500°C加热I小时；用浓硝酸按体积比I : I溶解产物中未反应的原料和副产物，再进行水洗，干燥，即可得到氯掺杂铁酸铋粉体，氯有效进入铁酸铋晶格的样品BiFeC^97Claci3 ；经XRD测试表明所获得的产物与铁酸铋标准谱图吻合，经XPS测试表明氯离子已掺入铁酸秘中，总收率为80%。实施例2将硝酸铋、硝酸铁、碳酸氢钠、氯化铋按摩尔比I : I : 10 : O. 3，在室温条件下混合研磨或球磨O. 5小时；将得到的粉末在500°C加热2小时；用浓硝酸按体积比I : I溶解产物中未反应的原料和副产物，再进行水洗，干燥，即可得到氯掺杂铁酸铋粉体，氯有效进入铁酸铋晶格的样品BiFeC^97Claci3 ；经XRD测试表明产物与铁酸铋标准谱图吻合，经XPS测试表明氯离子已掺入铁酸铋中，总收率为87%。实施例3将硝酸铋、硝酸铁、碳酸氢钠、氯化铋按摩尔比I : I : 10 : O. 15，在室温条件下混合研磨或球磨O. 5小时；
将得到的粉末在500°C加热I小时；用浓硝酸按体积比I : I溶解产物中未反应的原料和副产物，再进行水洗，干燥，即可得到氯掺杂铁酸铋粉体，氯有效进入铁酸铋晶格的样品BiFeC^97Claci3 ；经XRD测试表明产物与铁酸铋标准谱图吻合，经XPS测试表明氯离子已掺入铁酸铋中，总收率为83%。 ·
权利要求
1.ー种氯掺杂铁酸铋粉体的制备方法，其特征在于按下列步骤进行 a、将硝酸铋、硝酸铁、碱为碳酸氢钠或氢氧化钠、氯化铋按摩尔比I I 10 O. 03-0. 3，在室温条件下混合研磨或球磨O. 5小时； b、将得到的粉末在温度500°C加热1-2小时； C、用浓硝酸按体积比I : I酸洗，再进行水洗，干燥，即得到氯掺杂铁酸铋粉体。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于步骤a中加入氯化铋的物质的量为硝酸铋物质的量的15%。
全文摘要
本发明涉及一种氯掺杂铁酸铋粉体的制备方法，该方法将硝酸铋、硝酸铁、碱、氯化铋在室温下混合研磨或球磨，将得到的粉末加热，再用浓硝酸溶解产物中未反应的原料和副产物，再进行水洗，干燥，即得到氯有效进入铁酸铋晶格的样品。该样品既具有铁电性，又具有铁磁性，同时具有较好的光性能，本发明所述的方法步骤简单、设备成本低，易于规模化生产。为实现多功能电子器件的发展提供了一条有效途径。
文档编号C01G49/00GK102826610SQ201210367830
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者王磊, 边亮, 徐金宝 申请人:中国科学院新疆理化技术研究所