一种Y型六角铁氧体磁电耦合陶瓷材料及其制备方法

本发明属于磁电耦合材料，具体地说，涉及一种y型六角铁氧体磁电耦合陶瓷材料及其制备方法。

背景技术：

1、磁电耦合材料是指材料在外界磁场或电场的作用下，材料的铁电极化状态或磁性状态发生改变，即可以实现电场控制材料的磁性状态或者可以实现外磁场控制材料铁电极化状态的一类材料。其中多铁材料由于其同时具有铁电、铁磁或铁弹有序性及磁电耦合效应等，在微波、传感控制和信息存储等领域具有应用前景，日益成为科研工作者们研究的热点。

2、申请号为cn201711172802.0的中国专利《铋铁氧室温多铁磁电耦合材料及制备方法、电子器件》公开了一种铋铁氧室温多铁磁电耦合材料。该材料的结构式为abxoy，具有六角晶体结构。其中a为bi、pb、sb、sn或稀土金属元素中的一种或多种，b为过渡金属元素fe、sc、ti、v、cr、mn、co、ni、zn、cu中的一种或多种。该材料同时具有转变温度高于室温的铁电性和亚铁磁性，在小于等于800k时具有铁电性，在小于等于600k时具有铁磁性或亚铁磁性，低于600k的温度范围内，所述铋铁氧室温多铁磁电耦合材料的铁电性和铁磁性或者亚铁磁性共存。它是通过加热将含有abo组分的材料产生分子束、原子束或等离子体并沉积到基底上制备而成。

技术实现思路

1、本发明是要解决现有的多铁材料兼具铁电性和铁磁性种类少并且磁电耦合强度低的问题。本发明的材料同时兼具铁电性和铁磁性并且存在强的磁电耦合效应。样品可以在施加的小的磁场下诱导样品的电极化性能，且样品的电极化方向可以被预极化电场方向和磁场扫场方向的调控而调控。同时，样品的制备工艺简单，为拓宽样品在磁电耦合领域的应用而提供一种调控钡锶比例的y型六角铁氧体磁电耦合陶瓷材料及其制备方法。

2、本发明材料存在兼具铁电性铁磁性的同时可以通过外加的小磁场来调控样品的电极化性能，且样品的电极化性能随外磁场的方向的转变而改变。本发明材料经外磁场扫场而产生的磁释电电流，电极化强度和静态磁电耦合系数相对较高。本发明所采用的方法为传统固相烧结法，制备工艺简单且制备的样品质量高，性能优异。

3、为了实现上述技术问题，本发明采取了以下的技术方案：

4、本发明的目的在于提供一种y型六角铁氧体磁电耦合陶瓷材料，其化学式为baxsr2-xco1.5cu0.5fe11alo22，其中 x=0~2。具体是按下述步骤制备的：

5、步骤一、按y型六角铁氧体化学式baxsr2-xco1.5cu0.5fe11alo22的化学计量比称取baco3、srco3、co3o4、cuo、fe2o3和al2o3，然后放入球磨罐中湿法球磨；球磨完成后烘干，烘干后再放入球磨罐中干法球磨，得到混合粉末；

6、步骤二、将混合粉末放入氧化铝坩埚中，再将坩埚放在箱式炉中，以5℃/min的速率升温至1000℃并保持10h，然后以5℃/min的速率降温至500℃并关闭炉子程序；自然冷却至室温，得到预烧粉；

7、步骤三、将预烧粉放入球磨罐中湿法球磨；球磨完成后烘干，烘干后再放入球磨罐中干法球磨，得到粗材料粉末；

8、步骤四、向粗材料粉末中滴加聚乙烯醇（pva）溶液，研磨均匀，过筛，压片，得到块状坯体；

9、步骤五、将块状坯体放入箱式炉中，升温至一定温度保持一定时间进行排胶，得到排胶坯体；

10、步骤六、将排胶坯体放入管式炉中，在炉管中以氧气流速约200 ml/min的流速通入氧气，以得到氧气气氛，同时将管式炉以5 ℃/min的速率升温至1000 ℃，然后以2 ℃/min的升温速率将样品升温至1100 ℃-1160 ℃并保持10h，再以2 ℃/min的速率降温至1000℃，然后以5℃/min的速度降温至500 ℃关闭炉子程序，再自然冷却至室温，得到y型六角铁氧体。

11、更进一步地限定，步骤一中所述的湿法球磨是将材料加入到行星式球磨机的球磨罐中，再加入140 ml质量百分浓度为95%的乙醇，球磨罐中小球的个数大约30个，以400 r/min的转速球磨12 h。

12、更进一步地限定，步骤一中所述的烘干是在温度为90 ℃的烘箱中保持6小时。

13、更进一步地限定，步骤一中所述的干法球磨是将材料加入到行星式球磨机的球磨罐中，球磨罐中球的个数为30个，以500 r/min的转速球磨10 min。

14、更进一步地限定，步骤四中过100目筛。

15、更进一步地限定，步骤四中用压片机将过筛后的粉末在压力为4 mpa的条件下压片。

16、更进一步地限定，步骤四中所述的聚乙烯醇（pva）溶液的质量百分浓度为5%；按5g粗材料粉末中加入10滴质量百分浓度为5%聚乙烯醇（pva）溶液配比加料。

17、更进一步地限定，步骤五中，升温至500 ℃保持4 h进行排胶。

18、本发明的y型六角铁氧体baxsr2-xco1.5cu0.5fe11alo22（ x=0.2~1.8）具有良好的磁电耦合性能，其中当 x=0.2-0.4时，baxsr2-xco1.5cu0.5fe11alo22（ x=0.2~0.4）呈现出磁释电电流翻转，极化强度不翻转的现象，这是在y型六角铁氧体中首次发现该特征。当 x=0.6-1.8时，baxsr2-xco1.5cu0.5fe11alo22（ x=0.6~1.8）呈现出磁释电电流随外加磁场翻转和极化强度同样随外磁场翻转而翻转的现象。本申请好的原因在于通过调控y型六角铁氧体中元素ba和元素sr的比例实现了对y型六角铁氧体baxsr2-xco1.5cu0.5fe11alo22（ x=0~2）的磁电耦合性能的调控，拓宽了材料在磁电耦合领域的应用。

19、本发明的y型六角铁氧体是采用传统固相烧结方法制备的，方法简单，对设备要求低。

20、本发明的y型六角铁氧体兼具铁电性和铁磁性同时具有强的磁电耦合性能。发明的样品可以实现外加的小的磁场条件下诱导出样品的电极化性能。并且样品的极化可以被预极化电场和磁场扫场方向的改变而调控，可应用于磁电耦合领域。丰富和拓宽了磁电材料的应用范围，具有潜在的应用优势。

21、为了能够更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明详细说明与附图，然而所附的附图仅提供参考和说明之用，并非用来对本发明加以限制。

技术特征：

1.一种y型六角铁氧体磁电耦合陶瓷材料，其特征在于，其化学式为baxsr2-xco1.5cu0.5fe11alo22，其中x=0~2。

2.根据权利要求1所述一种y型六角铁氧体磁电耦合陶瓷材料，其特征在于，x=0.2-0.4。

3.根据权利要求1所述一种y型六角铁氧体磁电耦合陶瓷材料，其特征在于，x=0.6~1.8。

4.根据权利要求1所述一种y型六角铁氧体磁电耦合陶瓷材料，其特征在于，x=0.8、1.0、1.2、1.4、1.6。

5.如权利要求1-4任意一项所述一种y型六角铁氧体磁电耦合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6. 根据权利要求5所述一种y型六角铁氧体磁电耦合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤一中，湿法球磨以95%（体积）乙醇为球磨介质，以400 r/min的转速球磨12 h；90℃下烘干6 h；干法球磨以500 r/min的转速球磨10 min。

7. 根据权利要求5所述一种y型六角铁氧体磁电耦合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤三中，湿法球磨以95%（体积）乙醇为球磨介质，以400 r/min的转速球磨12 h；90℃下烘干6 h；干法球磨以500 r/min的转速球磨10 min。

8. 根据权利要求5所述一种y型六角铁氧体磁电耦合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤四中，所述的聚乙烯醇溶液的质量浓度为5%；按5 g固体加入10滴聚乙烯醇溶液配比加料。

9. 根据权利要求5所述一种y型六角铁氧体磁电耦合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤四中，压力为4 mpa下压片。

10.根据权利要求5所述一种y型六角铁氧体磁电耦合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤五中，排胶是在500 ℃下保持4 h。

技术总结本发明公开了一种Y型六角铁氧体磁电耦合陶瓷材料及其制备方法；属于磁电耦合材料领域。本发明是要解决现有的多铁材料兼具铁电性和铁磁性种类少并且磁电耦合强度低的问题。本发明的Y型六角铁氧体的化学式为：Ba<subgt;x</subgt;Sr<subgt;2‑</subgt;<subgt;x</subgt;Co<subgt;1.5</subgt;Cu<subgt;0.5</subgt;Fe<subgt;11</subgt;AlO<subgt;22</subgt;，其中x=0~2；在氧气气氛下采用分阶段烧结的方法制备。本发明的Y型六角铁氧体兼具铁电性和铁磁性同时具有强的磁电耦合性能。本发明产品可以实现外加的小的磁场条件下诱导出样品的电极化性能。并且样品的极化可以被预极化电场和磁场扫场方向的改变而调控，可应用于磁电耦合领域。本发明丰富和拓宽了磁电材料的应用范围，具有潜在的应用优势。技术研发人员：赵东鹏,吴欢桐,伊登伟,徐至昂,赵瑞祁,姜俊峰,李均,周忠祥受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29