一种具有铁磁特性片状模板及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于本发明属于磁性、纳米和拓卜化学材料领域，涉及一种具有铁磁特性片状模板及其制备方法和应用。

背景技术

现有制备陶瓷模板的方法有以下几种：(1)拓卜化学模板生长技术：拓卜化学法也称为晶体转化法或离子配位化学法，通常化学反应的性质取决于反应物的化学性质，即通过设计反应途径，首先制备出易获得片状结构的前驱晶体，然后基于前驱晶体的的结构和外形情况下，将晶体中的离子置换，从而获得特定的片状化合物；

(2)熔盐技术：由于低熔点盐作为反应介质，合成过程中有液相出现，反应物在其中有一定的溶解度，大大加快了离子的扩散速率，使反应物在液相中实现原子尺度混合，反应就由固固反应转化为固液反应。该法相对于常规固相法而言，具有工艺简单、合成温度低、保温时间短、合成的粉体化学成分均匀、晶体形貌好、物相纯度高等优点。另外，盐易分离，也可重复使用；

(3)水热反应技术：利用作为反应介质的水在超临界状态下的性质和反应物质在高温高压水热条件下的特殊性质进行合成反应。在水热条件下，水可以作为一种化学组分起作用并参加反应，既是溶剂又是矿化剂同时还可作为压力传递介质；通过参加渗析反应和控制物理化学因素等，实现无机化合物的形成和改性.既可制备单组分微小晶体，又可制备双组分或多组分的特殊化合物粉末。克服某些高温制备不可避免的硬团聚等，其具有粉末细(纳米级)、纯度高、分散性好、均匀、分布窄、无团聚、晶型好、形状可控和利于环境净化等特点。

现有技术也可以制备片状钛酸钡、钛酸锶模板、铌酸钾钠模板以及钛酸铅模板等，但是现有的模板几乎均没有表现出铁磁特性，无法在受磁场的调控，限制了模板在铁磁方面的应用。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种具有铁磁特性片状模板，化学式为AB

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种具有铁磁特性片状模板，化学式为AB

按照化学计量比称取B位元素化合物、铋源、B1位元素化合物、B2位元素化合物，称取上述原料总重0.5-10倍重量的KCl或NaCl进行混合得到混合物Ⅰ，

将所述混合物Ⅰ于800～1200℃高温环境中保温1～8h得到熔盐混合产物Ⅱ，将熔盐混合产物Ⅱ进行水洗获得前驱体，然后将前驱体与A位元素化合物以及1倍重量的KCl或NaCl进行混合获得混合物Ⅲ，将混合物Ⅲ在800-1200℃煅烧1-8小时，得到熔盐混合产物Ⅳ，将熔盐混合产物Ⅳ进行水洗以及酸洗浸泡操作获得含有铁、钴、镍等元素的片状模板。

所述A位元素化合物为钡源化合物、锶源化合物、镁源化合物、钙源化合物或铅源化合物，钡源化合物为Ba(OH)

所述B位元素的化合物为二氧化钛或二氧化锆。

所述B1位元素化合物为铁源化合物、钴源化合物或镍源化合物；铁源化合物为Fe(OH)

所述B2位元素化合物包含五氧化二铌、五氧化二钽以及五氧化二钒。

B位元素化合物、铋源、M位元素化合物、N位元素化合物以及盐采用湿法球磨混合均匀并干燥，干燥后过40目筛。

一种具有铁磁特性片状模板，基于本发明所述制备方法得到，模板长度介于3～25微米之间，厚度在0.2±2微米，长径比大于8。

本发明所述具有铁磁特性片状模板的应用，将其用于制备压电织构陶瓷时，通过外加磁场使铁磁特性片状模板定向排布。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

(1)模板具有铁磁特性，通过引入铁、钴、镍等元素，使得本不具有铁磁特性的模板表现出铁磁特性，另外可以改变A位的元素，使得这种模板用途更广；

(2)模板磁性强弱可调控性。通过改变B位铁、钴、镍等元素的种类和含量，可以达到磁性强弱的控制；

(3)模板排列可调控性。通过调控外加磁场，控制模板的方向以及位移。在织构陶瓷中通过控制电场的方向，控制磁性模板的取向，从而获得完美取向的织构陶瓷，进而获得更高的性能，此外还可以降低织构陶瓷中使用模板的数量。

附图说明

图1为Bi

图2为Bi

图3为BaTi

图4为BaTi

图5为CaTi

具体实施方式

下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明中，如果没有特别的说明，本发明所提到的所有实施方式以及优选实施方法可以相互组合形成新的技术方案。

本发明中，如果没有特别的说明，本发明所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。

实施例1本发明所述具有铁磁特性BaTi

第一步：前驱粉体的制备

(1)以高纯Bi

(2)将上述原料与等质量的盐用湿法球磨混合，然后进行干燥，其中盐为NaCl和KCl等摩尔数的混合物，盐的总质量是原料的1.5倍；

(3)将步骤(2)中干燥的粉料过40目筛，获得均匀且分散良好的粉体，并在800℃熔盐反应5小时；

(4)用热的去离子水将(3)中熔盐反应物中的盐反复清洗，直至清洗干净，获得分散性良好，且尺寸均匀的Bi

第二步：BaTi

(1)将第二步中最终得到的Bi

(2)将(1)中混合物在烘箱中烘干，然后在马弗炉中进行熔盐反应，反应条件为1000℃下4小时；

(3)用热的超纯水将(2)中的熔盐反应物反复水洗，待盐清洗干净后得到BaTi

(4)用稀酸溶液和超纯水轮流清洗(3)中的混合物，直至将混合物中的Bi

此种模板中含有Fe元素，具有磁性。此外，可调控模板中x值，控制Fe元素的含量，从而达到控制模板磁性的强弱。

实施例2本发明所述具有铁磁特性BaTi

第一步：前驱粉体的制备

(1)以高纯Bi

(2)将上述原料与等质量的盐用湿法球磨混合，然后进行干燥，其中盐为KCl，盐的质量是原料的1倍；

(3)将步骤(2)中干燥的粉料过40目筛，获得均匀且分散良好的粉体，并在1050℃熔盐反应5小时；

(4)用热的去离子水将(3)中熔盐反应物中的盐反复清洗，直至清洗干净，获得分散性良好，且尺寸均匀的Bi

第二步：BaTi

(1)将第二步中最终得到的Bi

(2)将(1)中混合物在烘箱中烘干，然后在马弗炉中进行熔盐反应，反应条件为1020℃下5小时；

(3)用热的超纯水将(2)中的熔盐反应物反复水洗，待盐清洗干净后得到BaTi

(4)用稀酸溶液和超纯水轮流清洗(3)中的混合物，直至将混合物中的Bi

此种模板中含有Fe元素，具有磁性。此外，可调控模板中x值，控制Fe元素的含量，从而达到控制模板磁性的强弱。

实施例3本发明所述具有铁磁特性Ba

第一步：前驱粉体的制备

(1)以高纯Bi

(2)将上述原料与等质量的盐用湿法球磨混合，然后进行干燥，其中盐为NaCl和KCl的等摩尔数混合物，盐的总质量是原料的5倍；

(3)将(2)中干燥好的粉料过40目筛，获得均匀且分散良好的粉体，并在1150℃熔盐反应2小时；

(4)用热的去离子水将(3)中熔盐反应物中的盐反复清洗，直至清洗干净，获得分散性良好，且尺寸均匀的Bi

第二步：Ba

(1)将第二步中最终得到的Bi

(2)将(1)中混合物在烘箱中烘干，然后在马弗炉中进行熔盐反应，反应条件为1100下2小时；

(3)用热的超纯水将(2)中的熔盐反应物反复水洗，待盐清洗干净后得到Ba

(4)用稀酸溶液和超纯水轮流清洗(3)中的混合物，直至将混合物中的Bi

此种模板中含有Fe元素，具有铁磁特性。此外，可调控模板中x值，控制Fe元素的含量，从而达到控制模板磁性的强弱。

实施例4本发明所述具有铁磁特性BaTi

第一步：前驱粉体的制备

(1)以Bi

(2)将上述原料与等质量的盐用湿法球磨混合，然后进行干燥，其中盐为NaCl，盐的质量是原料的6倍；

(3)将(2)中干燥好的粉料过40目筛，获得均匀且分散良好的粉体，并在1000℃熔盐反应2小时；

(4)用热的去离子水将(3)中熔盐反应物中的盐反复清洗，直至清洗干净，获得分散性良好，且尺寸均匀的Bi

第二步：BaTi

(1)将第二步中最终得到的Bi

(2)将(1)中混合物在烘箱中烘干，然后在马弗炉中进行熔盐反应，反应条件为1100℃下7小时；

(3)用热的超纯水将(2)中的熔盐反应物反复水洗，待盐清洗干净后得到BaTi

(4)用稀酸溶液和超纯水轮流清洗(3)中的混合物，直至将混合物中的Bi

此种模板中含有Fe和Co元素，具有磁性，可调控模板中x和y值，控制Fe和Co元素的含量，从而达到控制模板磁性的强弱。

实施例5本发明所述具有铁磁特性BaTi

第一步：前驱粉体的制备

(1)以Bi

(2)将上述原料与等质量的盐用湿法球磨混合，然后进行干燥，其中盐为NaCl和KCl等摩尔数的混合物，盐的总质量是原料的6倍；

(3)将(2)中干燥好的粉料过40目筛，获得均匀且分散良好的粉体，并在980℃熔盐反应6小时；

(4)用热的去离子水将(3)中熔盐反应物中的盐反复清洗，直至清洗干净，获得分散性良好，且尺寸均匀的Bi

第二步：BaTi

(1)将第二步中最终得到的Bi

(2)将(1)中混合物在烘箱中烘干，然后在马弗炉中进行熔盐反应，反应条件为930下6小时；

(3)用热的超纯水将(2)中的熔盐反应物反复水洗，待盐清洗干净后得到BaTi

(4)用稀酸溶液和超纯水轮流清洗(3)中的混合物，直至将混合物中的Bi

此种模板中含有Ni和Co元素，具有铁磁特性。此外，可调控模板中x和y值，控制Ni和Co元素的含量，从而达到控制模板磁性的强弱。

实施例6本发明所述具有铁磁特性CaTi

第一步：前驱粉体的制备

(1)以Bi

(2)将上述原料与等质量的盐用湿法球磨混合，然后进行干燥，其中盐为NaCl和KCl等摩尔数的混合物，盐的总质量是原料的3倍；

(3)将(2)中干燥好的粉料过40目筛，获得均匀且分散良好的粉体，并在1100℃熔盐反应5小时；

(4)用热的去离子水将(3)中熔盐反应物中的盐反复清洗，直至清洗干净，获得分散性良好，且尺寸均匀的Bi

第二步：CaTi

(1)将第二步中最终得到的Bi

(2)将(1)中混合物在烘箱中烘干，然后在马弗炉中进行熔盐反应，反应条件为1150℃下2小时；

(3)用热的超纯水将(2)中的熔盐反应物反复水洗，待盐清洗干净后得到CaTi

(4)用稀酸溶液和超纯水轮流清洗(3)中的混合物，直至将混合物中的Bi

此种模板中含有Fe元素，具有铁磁特性。此外，可调控模板中x值，控制Fe元素的含量，从而达到控制模板磁性的强弱，参考图5，CaTi

实施例7本发明所述具有铁磁特性MgTi

第一步：前驱粉体的制备

(1)以Bi

(2)将上述原料与等质量的盐用湿法球磨混合，然后进行干燥，其中盐为KCl，盐的质量是原料的4倍；

(3)将(2)中干燥好的粉料过40目筛，获得均匀且分散良好的粉体，并在1020℃熔盐反应2小时；

(4)用热的去离子水将(3)中熔盐反应物中的盐反复清洗，直至清洗干净，获得分散性良好，且尺寸均匀的Bi

第二步：MgTi

(1)将第二步中最终得到的Bi

(2)将(1)中混合物在烘箱中烘干，然后在马弗炉中进行熔盐反应，反应条件为1100℃下2小时；

(3)用热的超纯水将(2)中的熔盐反应物反复水洗，待盐清洗干净后得到MgTi

(4)用稀酸溶液和超纯水轮流清洗(3)中的混合物，直至将混合物中的Bi

此种模板中含有Ni和Fe元素，具有铁磁特性。此外，可调控模板中x和y值，控制Ni和Fe元素的含量，从而达到控制模板磁性的强弱。

实施例8本发明所述具有铁磁特性BaTi

第一步：前驱粉体的制备

(1)以Bi

(2)将上述原料与等质量的盐湿法球磨混合，然后进行干燥，其中盐为NaCl和KCl的等摩尔数混合物，盐的质量是原料的1倍；

(3)将(2)中干燥好的粉料过40目筛，获得均匀且分散良好的粉体，并在1090℃熔盐反应6小时；

(4)用热的去离子水将(3)中熔盐反应物中的盐反复清洗，直至清洗干净，获得分散性良好，且尺寸均匀的Bi

第二步：BaTi

(1)将第二步中最终得到的Bi

(2)将(1)中混合物在烘箱中烘干，然后在马弗炉中进行熔盐反应，反应条件为990℃下2小时；

(3)用热的超纯水将(2)中的熔盐反应物反复水洗，待盐清洗干净后得到BaTi

(4)用稀酸溶液和超纯水轮流清洗(3)中的混合物，直至将混合物中的Bi

参考图1，前驱体Bi

此种模板中含有Ni元素，具有铁磁特性。此外，可调控模板中x值，控制Ni元素的含量，从而达到控制模板磁性的强弱。

(1)B位引入铁、钴、镍等元素，使得模板具有铁磁特性；

(2)A位引入钡、锶、铅、钙、镁等元素，拓宽该磁性模板的适用范围；

(3)通过调控B位铁、钴、镍等元素的种类和含量，可以达到控制模板磁性强弱的目的；

(4)通过调控外加磁场，可以控制模板的方向。

(5)A位元素中，钡源为Ba(OH)

(6)B位元素中，铁源为Fe(OH)

一种具有铁磁特性片状模板的制备方法，化学式为AB