一种层状磁电复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于材料科学领域，涉及一种层状磁电复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着信息技术的高速发展，传统的存储模式不断遇到各类新技术和新材料的冲击。存储器件的小型化、多功能化是其设计和开发的大势所趋。因此，对同时具有磁极化和电极化、并可实现磁电相互调控的多铁性材料的研宄成为信息存储技术日趋提升的需要，该类材料将为下一代多功能电子学信息记录器件的设计提供一个额外的自由度，大大拓宽铁性材料的应用范围，因而具有重要的科学意义和应用前景。因此，包括铁电介电材料和磁性材料在内的元器件的微型化和小型化是必然趋势，而集铁电性与铁磁性于一体的磁电复合材料拥有相同的体积却可以在电路上拥有更多的功能。
[0003]磁电复合材料分为0-3型磁电复合材料和2-2型磁电复合材料。0-3型磁电复合材料是将不连续的铁电相(铁磁相)颗粒分散于三维连通的铁磁相(铁电相)中，按一定的比例混合，在一定温度下固相烧结，从而得到的颗粒磁电复合材料。此种结构简单，是研宄最早、应用最广的的一种类型。但由于压电相(铁磁相)在铁磁(压电)基体中存在分散不均的问题，因而此种结构类型的材料磁电电压系数较低。2-2型磁电复合材料是将铁电相粉体和铁磁相粉体按照皇层叠加的方式使其共烧在一起的磁电复合材料。此种结构可较大范围调整压磁相的含量，所以磁电电压系数得到大幅度提高。由于电阻率很高的铁电相层可以完全阻断磁性相层的连通，使得材料整体的漏电流较小，有利于材料磁电性能的提高。
[0004]荷兰Philips实验室首先把铁磁相的CoFe2O4与铁电相的BaT1 3粉末按一定的比例混合，然后升温使之共熔原位复合，最后按一定的速率降温至室温便得到以磁电复合体为主要成分的固溶体。这种方法温度太高，易产生一些不可预料的相，降低复合材料的性會K。
【发明内容】
[0005]为克服现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种层状磁电复合材料及其制备方法，该方法能够制备出铁电、介电、磁电性能优异的磁电复合材料。
[0006]为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案:
[0007]一种层状磁电复合材料，该复合材料的化学表达式为XBiY2Fe5O12/(1-x) 0.35BaT13-0.65BiFe03，其中 x 为 BiY2Fe5O1J^质量百分数，且 11.1 % 彡 x 彡 33.3%。
[0008]该复合材料的化学表达式为XBiY2Fe5O12/(1-x) 0.35BaTi03_0.65BiFe03，其中 x 为BiY2Fe5O12的质量百分数，且 22.2%^ x ^ 33.3%0
[0009]该复合材料的化学表达式为XBiY2Fe5O12/(1-x) 0.35BaTi03_0.65BiFe03，其中 x 为BiY2Fe5O12的质量百分数，且X = 22.2%。
[0010]一种层状磁电复合材料的制备方法，包括以下步骤:
[0011](I)按化学通式 0.35BaTi0s-0.65BiFe03将分析纯的 BaCO 3、Ti02、Bi203、Fe2O3配制后通过球磨混合均匀，然后过筛，压块，经880?920°C预烧4?6小时得到块状产品，然后将块状产品粉碎后过120目筛得到0.35BaTi0s-0.65BiFe03粉体；
[0012](2)按化学通式BiY2Fe5O12将分析纯的Bi 203、Y203、Fe203配制后通过球磨混合均匀，然后过筛，压块，经1000?1020°C预烧4?6小时，得到块状产品，然后将块状产品粉碎后过120目筛得到BiY2Fe5O12粉体；
[0013](3)向0.35BaTi0s-0.65BiFe03粉体中加入PVA粘合剂后造粒，再经60目筛网过筛，得到粒径均匀的0.35BaTi0s-0.65BiFe03粉末；向BiY 2Fe5012粉体中加入PVA粘合剂后造粒，再经60目筛网过筛，得到粒径均匀的BiY2Fe5O12粉末；
[0014](4)按照化学通式 XBiY2Fe5O12/(1-x) 0.35BaT13-0.65BiFeO3,其中 x 为 BiY2Fe5O12的质量百分数，且 11.1%^ X ^ 33.3%，将 0.35BaTi0s-0.65BiFe03和 BiY 丨65012粉体按照2-2复合的皇层叠加排列方式在模具中压制成型；
[0015](5)排除PVA粘合剂后再于1000?1050°C下烧结2?4小时成瓷，得到层状磁电复合材料。
[0016]所述步骤(I)、步骤(2)中球磨的时间均为4-6小时。
[0017]所述步骤(3)中向0.35BaTi0s-0.65BiFe0$v体中加入PVA粘合剂的质量为0.35BaTi0s-0.65BiFe03粉体质量的8%?15% ;向BiY 2Fe5012粉体中加入PVA粘合剂的质量为BiY2Fe5O12粉体质量利的8%?15%。
[0018]所述步骤(3)中PVA粘合剂为质量分数10%的聚乙烯醇水溶液。
[0019]所述步骤(4)中2-2复合的皇层叠加排列方式具体为:按照从上向下依次为 0.35BaTi0s-0.65BiFe03? 末、BiY 和5012粉末、0.35BaTi0 3_0.65BiFe03? 末的顺序皇叠在一起；或按照从上向下依次为0.35BaTi0s-0.65BiFe03粉末、BiY 2Fe5012粉末、0.35BaTi0s-0.65BiFe03粉末、BiY2Fe5O12粉末、0.35BaTi0s-0.65BiFe03粉所述排除 PVA粘合剂具体是:在温度为550-600°C下保温3-5小时。
[0020]与现有技术相比，本发明具有的有益效果:
[0021]本发明通过以BaC03、T12, Bi203、Fe2O3为原料制备 0.35BaTi0 3_0.65BiFe03粉末，以Bi203、Y203、Fe203为原料制得BiY 2Fe5012粉末，采用2_2复合的皇层叠加排列方式，将铁电铁磁相以层状复合的方式共烧在一起，能够有效地抑制两相之间的相互反应，从而保持各自的特性，使最终制备的层状磁电复合材料既具有较好的铁电性又具有较好的铁磁性，克服了现有技术中由于采用直接混合的方法，在较高温度下产生不可预料的相，从而降低复合材料性能的问题。
[0022]本发明制得的磁电复合材料具有优异的铁电、介电以及磁电性能。当频率为20赫兹时，复合材料介电常数为560?900，介电损耗为0.16?0.21。复合材料的各组分的饱和极化强度PsS 30.2?40.2 μ C/cm2，矫顽场EeS 20.2?20.8kV/cm,其饱和磁化强度M s为 2.2 ?4.5emu/g，矫顽场 Hc为 67.5 ?100.50e。
[0023]另外，本发明采用的原料中由于不存在铅，所以制备方法不会造成污染，将0.35BaTi0s-0.65BiFe03粉末和BiY和5012粉末按照2-2复合的皇层叠加排列方式烧结在一起，层与层之间不需要粘合剂，因而应力应变的传递可以高效直接的完成。本发明制得的材料致密性良好，无明显大气孔存在，两相晶粒尺寸均匀，均在亚微米数量级，无明显的界面原子扩散现象，界面耦合较好，所以本发明能够保证磁电复合材料直接高效的磁-电-力转换效率，从而提高了复合材料的磁电转换性能。
【附图说明】
[0024]图1 为 X BiY2Fe5O12/(1-x)0.35BaT13-0.65BiFeO3组分中当 x = 11.1%时，复合陶瓷在1050 °C烧结时的结构图。
[0025]图2 为 X BiY2Fe5O12/(1-x)0.35BaT13-0.65BiFeO3组分中当 x = 22.2%时，复合陶瓷在1050 °C烧结时的结构图。
[0026]图3 为 X BiY2Fe5O12/(1-x)0.35BaT13-0.65BiFeO3组分中当 x = 33.3%时，复合陶瓷在1050 °C烧结时的结构图。
[0027]图4为室温下 X BiY2Fe5O12/(1-x) 0.35BaTi03-0.65BiFe03组分中当 X= 11.1%时，复合陶瓷在1050°C烧结后界面的SEM图。
[0028]图5 为室温下 X BiY2Fe5O12/(1-x) 0.35BaT13-0.65BiFeO3组分中当 x = 22.2%时，复合陶瓷在1050°C烧结后界面的SEM图。
[0029]图6 为室温下 X BiY2Fe5O12/(1-x) 0.35BaT13-0.65BiFeO3组分中当 x = 33.3%时，复合陶瓷在1050°C烧结后界面的SEM图。
[0030]图7 为室温下 X BiY2Fe5O12/(1-x) 0.35BaTi03-0.65BiFe03组分中当 X= 11.1%时，复合陶瓷在1050 °C烧结后的介电频谱。
[0031 ]图 8 为室温下 X BiY2Fe5O12/ (l_x) 0.35BaT13-0.65BiFeO3组分中当 x = 22.2%时，复合陶瓷在1050 °C烧结后的介电频谱。
[0032]图9 为室温下 X BiY2Fe5O12/(1-x) 0.35BaT13-0.65BiFeO3组分中当 x = 33.3%时，复合陶瓷在1050 °C烧结后的介电频谱。
[0033]图10 为在 1050°C烧结的陶瓷 X BiY2Fe5O12/(1-χ)0.35BaTi03_0.65BiFe03组分中X = 11.1%时的电滞回线。
[0034]图11 为在 1050°C烧结的陶瓷 X BiY2Fe5O12/(1-χ)0.35BaTi03_0.65BiFe03组分中X = 22.2%时的电滞回线。
[0035]图12 为在 1050°C烧结的陶瓷 x BiY2Fe5O12/(1-χ)0.35BaTi03_0.65BiFe03组分中X = 33.3%时的电滞回线。
[0036]图13 为在