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多铁性材料BiFeO_3水热合成及其形貌变化

邱忠诚  
【摘要】: 多铁性材料是一种同时具有铁电性(反铁电性)、铁磁性(反铁磁性)、铁弹性的多功能材料。铁酸秘(BiFeO_3,BFO)作为一种典型的单相多铁性材料,具有铁电性和反铁磁性及其之间存在耦合效应,赋予了它特殊的使用性能,可望应用于滤波器、传感器与执行器、存储器及非线性光学器件,成为当前的研究热点之一。 目前制备单相BFO还存在一定的问题,一般情况下,制备BFO不可避免要经过较高的温度处理,这导致产物含有其它相或者颗粒团聚化等不良现象,从而影响了产物的性能;而采用水热法可以在较低的温度下得到优良的单相BFO粉体,但这方面的报道并不多,而且都存在合成单相产物的水热条件范围较窄和产物的形貌单一的问题。 本论文以BFO为主要研究对象,水热法制备BFO粉体,在拓宽BFO水热合成条件的基础上进一步探讨其形貌的变化规律。本文主要的研究内容和结果如下: 采用氯化铁和氯化铋为原料进行实验,一组实验加入NH_4Cl添加剂,另一组实验不加NH_4Cl添加剂作为比较。有1 M NH_4Cl添加剂参与反应,能在140~230℃、2~5 M NaOH和3 h以上的宽松条件下合成单相BFO粉体,这是目前合成单相BFO粉体的最大水热范围,其中140℃的合成温度也是目前合成单相BFO粉体的较低水热温度;另外,产物形貌丰富且呈规律性变化。实验证明NH_4Cl添加剂参与反应能拓宽合成单相BFO的水热条件,对合成单相BFO粉体起着重要的作用。 采用硝酸铁和硝酸铋为原料,在反应温度为180~240℃、摩尔比Fe/Bi为1~2、碱浓度为2~10M和6h的水热条件范围内合成单相BFO粉体,得到尺寸约为10μm的均质立方晶粒和首次得到均质的八面体BFO晶粒,还在此基础上进一步探讨了这两种形貌的转变规律,实验结果表明反应温度、摩尔比Fe/Bi和碱浓度均对产物的形貌有较大的影响,控制好水热条件可以得到形貌为立方状和八面体状的单相BFO粉体。


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