CN106637406B - 一种铁酸铋/钛酸铅单晶异质结的制备方法 - Google Patents

一种铁酸铋/钛酸铅单晶异质结的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106637406B
CN106637406B CN201611113463.4A CN201611113463A CN106637406B CN 106637406 B CN106637406 B CN 106637406B CN 201611113463 A CN201611113463 A CN 201611113463A CN 106637406 B CN106637406 B CN 106637406B
Authority
CN
China
Prior art keywords
bismuth
hetero
junctions
lead titanate
reaction kettle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201611113463.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106637406A (zh
Inventor
韩高荣
李玮
任召辉
李铭
沈烨婷
沈鸽
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN201611113463.4A priority Critical patent/CN106637406B/zh
Publication of CN106637406A publication Critical patent/CN106637406A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106637406B publication Critical patent/CN106637406B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16—Oxides
    • C30B29/22—Complex oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B7/00—Single-crystal growth from solutions using solvents which are liquid at normal temperature, e.g. aqueous solutions
    • C30B7/10—Single-crystal growth from solutions using solvents which are liquid at normal temperature, e.g. aqueous solutions by application of pressure, e.g. hydrothermal processes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Compounds Of Iron (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

本发明公开一种铁酸铋/钛酸铅单晶异质结的制备方法。本发明采用二次水热法首次制得了铁酸铋/钛酸铅单晶异质结。该方法采用的是水热反应，以九水合硝酸铁、五水合硝酸铋作为主要原料，氢氧化钾作为矿化剂，钛酸铅纳米片作为铁电基板，室温下强力搅拌，然后将其在高温下进行水热处理，得到铁酸铋/钛酸铅单晶异质结。本发明工艺过程简单，易于控制，无污染，成本低，易于规模化生产；制备的产品形成了高质量的异质结界面，并获得了良好的界面铁磁性，在信息存储、自旋电子器件、传感器等领域具有广泛的潜在应用前景。

Description

一种铁酸铋/钛酸铅单晶异质结的制备方法
技术领域
本发明涉及一种铁酸铋/钛酸铅单晶异质结的制备方法，属于功能材料制备领域。
背景技术
随着信息产业的迅猛发展，本着对大容量、高速度、低损耗等更佳性能的追求，人们对器件的集成化和小型化提出了越来越高的要求。在这个背景下，多铁性材料作为一种新型的功能材料吸引了科研工作者的广泛关注。由于铁弹性一般伴随着铁电性的出现，因此通常将铁弹性略之不提。在多铁性材料中，磁电材料是其中一类最典型的代表，这种材料不仅同时具有铁电、(反)铁磁性，而且还具有由于磁电耦合作用导致的一种新颖的物理性质—磁电效应。
在众多磁电材料中，铁酸铋(BiFeO3)单相材料因其铁电转变温度和磁有序温度都在室温以上而显得尤为珍贵，得到了科研工作者的广泛关注和研究。但同时铁酸铋存在纯相材料制备困难、高漏导以及弱铁磁性等问题。近年来，人们尝试通过各种途径来制得纯相铁酸铋材料以及提高其磁性。不同于通常制备铁酸铋薄膜所采用的PLD等物理沉积方法，本发明采用水热法制备铁酸铋薄膜。水热法可以在较低的温度下实现保持铁酸铋化学计量的合成。同时，由于反应环境为液相，十分有利于结晶反应的均匀成核和扩散，且产物结晶性能良好。在这种制备方法中，引入钛酸铅(PbTiO3)铁电基板，通过铁电极化产生的静电力以及异质形核的共同作用调控铁酸铋晶体的生长。因此通过此制备方法，在水热环境中可以制备出具备高质量界面的铁酸铋/钛酸铅单晶异质结，并且表现出典型的铁磁性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低成本，工艺简单，过程易于控制的铁酸铋/钛酸铅单晶异质结的制备方法，获得高质量的异质结界面，并且样品表现出典型的铁磁性。
本发明的铁酸铋/钛酸铅单晶异质结的制备方法，包括以下步骤：
1)按摩尔比1:1计量称取九水合硝酸铁和五水合硝酸铋，溶解于去离子水中，充分搅拌，得到含有铁和铋的金属盐溶液；
2)在搅拌状态下，向步骤1)制得的含有铁和铋的金属盐溶液中加入氢氧化钾水溶液，搅拌2～3h，得到铁和铋的氢氧化物悬浊液；
3)在搅拌状态下，将PbTiO3纳米片加入步骤2)制得的铁和铋的氢氧化物悬浊液，搅拌1～1.5h，得到含有铁、铋和钛酸铅纳米片的黄色悬浊液；
4)将步骤3)制得的含有铁、铋和钛酸铅纳米片的黄色悬浊液加入到反应釜内胆中，用去离子水调节反应釜内胆中的反应物料体积达到反应釜内胆容积的80％，搅拌至少5min，获得前驱体浆料，其中铁和铋的氢氧化物摩尔浓度均为0.015～0.025mol/L，氢氧化钾摩尔浓度为4mol/L，铁和铅的摩尔比为0.075～0.125，摩尔浓度的体积基数为前驱体浆料的总体积；
5)将步骤4)配置有反应物料的反应釜内胆置于反应釜中，密封，在140～200℃下保存45min～12h进行水热处理，然后让反应釜自然冷却到室温，卸釜后，用去离子水和无水乙醇反复洗涤反应产物，过滤，烘干，制得铁酸铋/钛酸铅单晶异质结。
本发明制备过程中，使用的反应釜为聚四氟乙烯内胆，不锈钢套件密闭的反应釜。
本发明制备过程中，使用的九水合硝酸铁、五水合硝酸铋和氢氧化钾的纯度都不低于化学纯。
本发明制备过程中，使用的钛酸铅为单晶单畴结构的纳米片，具有规则的矩形形貌，横向尺寸为600～1100nm，厚度为120～180nm。该种钛酸铅纳米片的制备方法可参考专利ZL201210036177.8——钙钛矿钛酸铅单晶纳米片的制备方法。
本发明制备过程中，制得的铁酸铋/钛酸铅单晶异质结中铁酸铋薄膜的厚度为15～30nm。
本发明的有益效果在于：
本发明在铁和铋摩尔浓度比为1：1的条件下，通过调节一些水热反应参数制备了一种具有高质量界面的铁酸铋/钛酸铅单晶异质结。本发明工艺过程简单，易于控制，无污染，成本低，易于生产。不同于块体铁酸铋的极弱铁磁性，合成的铁酸铋/钛酸铅单晶异质结在室温下表现出典型的铁磁性，并且实现了磁电耦合。
附图说明
图1(a)是本发明实施例2、(b)实施例3制备的铁酸铋/钛酸铅单晶异质结的X射线衍射(XRD)图谱；
图2是本发明实施例2制备的铁酸铋/钛酸铅单晶异质结的扫描电子显微镜(SEM)图片；
图3是本发明实施例2制备的铁酸铋/钛酸铅单晶异质结截面结构的扫描透射电子显微镜(STEM)图片；
图4是本发明实施例2制备的铁酸铋/钛酸铅单晶异质结的M-H磁滞回线。
具体实施方式
以下结合实施例进一步说明本发明。
实施例1
1)按摩尔比1:1计量称取九水合硝酸铁和五水合硝酸铋，溶解于去离子水中，充分搅拌，得到含有铁和铋的金属盐溶液；
2)在搅拌状态下，向步骤1)制得的含有铁和铋的金属盐溶液中加入氢氧化钾水溶液，搅拌2h，得到铁和铋的氢氧化物悬浊液；
3)在搅拌状态下，将PbTiO3纳米片加入步骤2)制得的铁和铋的氢氧化物悬浊液，搅拌1h，得到含有铁、铋和钛酸铅纳米片的黄色悬浊液；
4)将步骤3)制得的含有铁、铋和钛酸铅纳米片的黄色悬浊液加入到反应釜内胆中，用去离子水调节反应釜内胆中的反应物料体积达到反应釜内胆容积的80％，搅拌5min，获得前驱体浆料，其中铁和铋的氢氧化物摩尔浓度均为0.015mol/L，氢氧化钾摩尔浓度为4mol/L，铁和铅的摩尔比为0.075，摩尔浓度的体积基数为前驱体浆料的总体积；
5)将步骤4)配置有反应物料的反应釜内胆置于反应釜中，密封，在200℃下保存2h进行水热处理，然后让反应釜自然冷却到室温，卸釜后，用去离子水和无水乙醇反复洗涤反应产物，过滤，烘干，制得铁酸铋/钛酸铅单晶异质结。实施例2
1)按摩尔比1:1计量称取九水合硝酸铁和五水合硝酸铋，溶解于去离子水中，充分搅拌，得到含有铁和铋的金属盐溶液；
2)在搅拌状态下，向步骤1)制得的含有铁和铋的金属盐溶液中加入氢氧化钾水溶液，搅拌2h，得到铁和铋的氢氧化物悬浊液；
3)在搅拌状态下，将PbTiO3纳米片加入步骤2)制得的铁和铋的氢氧化物悬浊液，搅拌1h，得到含有铁、铋和钛酸铅纳米片的黄色悬浊液；
4)将步骤3)制得的含有铁、铋和钛酸铅纳米片的黄色悬浊液加入到反应釜内胆中，用去离子水调节反应釜内胆中的反应物料体积达到反应釜内胆容积的80％，搅拌5min，获得前驱体浆料，其中铁和铋的氢氧化物摩尔浓度均为0.02mol/L，氢氧化钾摩尔浓度为4mol/L，铁和铅的摩尔比为0.1，摩尔浓度的体积基数为前驱体浆料的总体积；
5)将步骤4)配置有反应物料的反应釜内胆置于反应釜中，密封，在200℃下保存2h进行水热处理，然后让反应釜自然冷却到室温，卸釜后，用去离子水和无水乙醇反复洗涤反应产物，过滤，烘干，制得铁酸铋/钛酸铅单晶异质结。实施例3
1)按摩尔比1:1计量称取九水合硝酸铁和五水合硝酸铋，溶解于去离子水中，充分搅拌，得到含有铁和铋的金属盐溶液；
2)在搅拌状态下，向步骤1)制得的含有铁和铋的金属盐溶液中加入氢氧化钾水溶液，搅拌3h，得到铁和铋的氢氧化物悬浊液；
3)在搅拌状态下，将PbTiO3纳米片加入步骤2)制得的铁和铋的氢氧化物悬浊液，搅拌1.5h，得到含有铁、铋和钛酸铅纳米片的黄色悬浊液；
4)将步骤3)制得的含有铁、铋和钛酸铅纳米片的黄色悬浊液加入到反应釜内胆中，用去离子水调节反应釜内胆中的反应物料体积达到反应釜内胆容积的80％，搅拌10min，获得前驱体浆料，其中铁和铋的氢氧化物摩尔浓度均为0.025mol/L，氢氧化钾摩尔浓度为4mol/L，铁和铅的摩尔比为0.125，摩尔浓度的体积基数为前驱体浆料的总体积；
5)将步骤4)配置有反应物料的反应釜内胆置于反应釜中，密封，在200℃下保存12h进行水热处理，然后让反应釜自然冷却到室温，卸釜后，用去离子水和无水乙醇反复洗涤反应产物，过滤，烘干，制得铁酸铋/钛酸铅单晶异质结。
从图3可以看出，铁酸铋选择性生长在钛酸铅的单极化面上，形成了具有高质量界面的铁酸铋/钛酸铅单晶异质结，铁酸铋厚度为15～30nm。从图4中可以看出，不同于块体铁酸铋的极弱铁磁性，合成的铁酸铋/钛酸铅单晶异质结在室温下表现出典型的铁磁性。

Claims (5)

1.一种铁酸铋/钛酸铅单晶异质结的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）按摩尔比1:1计量称取九水合硝酸铁和五水合硝酸铋，溶解于去离子水中，充分搅拌，得到含有铁和铋的金属盐溶液；
2）在搅拌状态下，向步骤1）制得的含有铁和铋的金属盐溶液中加入氢氧化钾水溶液，搅拌2~3h，得到铁和铋的氢氧化物悬浊液；
3）在搅拌状态下，将PbTiO3纳米片加入步骤2）制得的铁和铋的氢氧化物悬浊液，搅拌1~1.5h，得到含有铁、铋和钛酸铅纳米片的黄色悬浊液；
4）将步骤3）制得的含有铁、铋和钛酸铅纳米片的黄色悬浊液加入到反应釜内胆中，用去离子水调节反应釜内胆中的反应物料体积达到反应釜内胆容积的80%，搅拌至少5min，获得前驱体浆料，其中铁和铋的氢氧化物摩尔浓度均为0.015~0.025mol/L，氢氧化钾摩尔浓度为4mol/L，铁和铅的摩尔比为0.075~0.125，摩尔浓度的体积基数为前驱体浆料的总体积；
5）将步骤4）配置有反应物料的反应釜内胆置于反应釜中，密封，在140~200℃下保存45min~12h进行水热处理，然后让反应釜自然冷却到室温，卸釜后，用去离子水和无水乙醇反复洗涤反应产物，过滤，烘干，制得铁酸铋/钛酸铅单晶异质结。
2.根据权利要求1所述的铁酸铋/钛酸铅单晶异质结的制备方法，其特征是所述的反应釜为聚四氟乙烯内胆，不锈钢套件密闭的反应釜。
3.根据权利要求1所述的铁酸铋/钛酸铅单晶异质结的制备方法，其特征是所述的九水合硝酸铁、五水合硝酸铋和氢氧化钾的纯度都不低于化学纯。
4.根据权利要求1所述的铁酸铋/钛酸铅单晶异质结的制备方法，其特征是步骤3）中所述的原料钛酸铅纳米片为单晶单畴结构的纳米片，具有规则的矩形形貌，横向尺寸为600~1100nm，厚度为120~180nm。
5.根据权利要求1所述的铁酸铋/钛酸铅单晶异质结的制备方法，其特征是所得到的铁酸铋/钛酸铅单晶异质结中铁酸铋薄膜的厚度为15~30nm。
CN201611113463.4A 2016-12-06 2016-12-06 一种铁酸铋/钛酸铅单晶异质结的制备方法 Active CN106637406B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611113463.4A CN106637406B (zh) 2016-12-06 2016-12-06 一种铁酸铋/钛酸铅单晶异质结的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611113463.4A CN106637406B (zh) 2016-12-06 2016-12-06 一种铁酸铋/钛酸铅单晶异质结的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106637406A CN106637406A (zh) 2017-05-10
CN106637406B true CN106637406B (zh) 2018-12-25

Family

ID=58818532

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611113463.4A Active CN106637406B (zh) 2016-12-06 2016-12-06 一种铁酸铋/钛酸铅单晶异质结的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106637406B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108588834B (zh) * 2018-05-25 2020-11-13 许昌学院 具有强磁电耦合效应的二维单晶PbTiO3-CoFe2O4复合纳米材料的制备方法
CN109825873B (zh) * 2019-03-26 2023-01-06 浙江大学 一种单晶铁酸铋薄膜的制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101136404A (zh) * 2007-10-12 2008-03-05 清华大学 铁酸铋/钛酸铋叠层结构电容及其制备方法
JP2012240860A (ja) * 2011-05-16 2012-12-10 Univ Of Yamanashi 基板粒子または集積体、並びにこれらの製造方法
CN103078014A (zh) * 2013-01-29 2013-05-01 上海交通大学 铁酸铋/钛酸铋钠-钛酸钡异质结构铁电薄膜太阳能电池的制备方法
US20150086765A1 (en) * 2013-09-25 2015-03-26 Indian Institute Of Technology Kanpur Thin film heterostructures
CN104831256A (zh) * 2015-04-03 2015-08-12 浙江大学 一种钛酸铅/二氧化钛二维单晶异质结可见光催化剂的制备方法
CN105040090A (zh) * 2015-08-07 2015-11-11 浙江大学 一种核壳结构钛酸铅-钛酸锶单晶纳米材料的制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101136404A (zh) * 2007-10-12 2008-03-05 清华大学 铁酸铋/钛酸铋叠层结构电容及其制备方法
JP2012240860A (ja) * 2011-05-16 2012-12-10 Univ Of Yamanashi 基板粒子または集積体、並びにこれらの製造方法
CN103078014A (zh) * 2013-01-29 2013-05-01 上海交通大学 铁酸铋/钛酸铋钠-钛酸钡异质结构铁电薄膜太阳能电池的制备方法
US20150086765A1 (en) * 2013-09-25 2015-03-26 Indian Institute Of Technology Kanpur Thin film heterostructures
CN104831256A (zh) * 2015-04-03 2015-08-12 浙江大学 一种钛酸铅/二氧化钛二维单晶异质结可见光催化剂的制备方法
CN105040090A (zh) * 2015-08-07 2015-11-11 浙江大学 一种核壳结构钛酸铅-钛酸锶单晶纳米材料的制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Hanjie Huang et al..Efficient Photocatalytic Activity of PZT/TiO2 Heterojunction under Visible Light Irradiation.《J.Phys.Chem.C 》.2009,第113卷14264–14269. *
Heterojunction band offsets and dipole formation at BaTiO3/SrTiO3 interfaces;Snjezana Balaz et al.;《JOURNAL OF APPLIED PHYSICS》;20131108;第114卷;183701-1到183701-9 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN106637406A (zh) 2017-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wu et al. Hydrothermal synthesis and magnetic properties of bismuth ferrites nanocrystals with various morphology
CN109825873A (zh) 一种单晶铁酸铋薄膜的制备方法
Dung et al. Role of Co dopants on the structural, optical and magnetic properties of lead-free ferroelectric Na0. 5Bi0. 5TiO3 materials
CN101303928B (zh) 一种钴掺杂铁酸铋多铁材料及其制备方法
CN103435096A (zh) 一种制备尺寸可控的纳米二氧化锡的方法
CN106637406B (zh) 一种铁酸铋/钛酸铅单晶异质结的制备方法
CN104326510A (zh) 一种多铁性铁酸铋立方纳米颗粒的制备方法
CN105040090A (zh) 一种核壳结构钛酸铅-钛酸锶单晶纳米材料的制备方法
CN104291382A (zh) 一种铁酸镧多孔微球的制备方法
CN105731396B (zh) 一种含碳项链状纳米碲化镍及其制备、应用
CN105006325B (zh) 一种研磨制备具有交换耦合作用的复合铁氧体粉末的方法
CN104261478A (zh) 一种Mn3O4纳米线或纳米棒的制备方法
CN104129981B (zh) 一种制备Bi5Ti3Fe0.5Co0.5O15多铁性薄膜的方法
CN102503394A (zh) 以Fe2+盐为铁源制备系列铁氧体纳米材料的方法
CN115286377A (zh) 一种六角SrFe12O19铁氧体基复合永磁铁氧体的制备方法
CN108840364B (zh) 一种无机钆基配合物晶体的制备方法及其应用
CN103833341A (zh) 一种BaFe12O19/CoFe2O4双相磁性复合粉体及其制备方法
CN102417206B (zh) 一种直角形貌NaV2O5晶体材料的制备方法
CN110128134A (zh) 一种以掺铌钛酸锶为基底的钛酸铅薄膜的制备方法
CN103787420A (zh) 一种微波水热法制备SrFe12O19磁性纳米粉体的方法
CN103601483B (zh) 镧锰掺杂锶铁氧体磁性粉体的合成方法
CN105753060B (zh) 一种纺锤形钨酸铁微米晶体的制备工艺
CN102491428A (zh) 一种微波水热法制备六角BeFe12O19磁性纳米粉体的方法
CN104195642B (zh) 一种制备单晶BiFeO3纳米片的方法
CN108640158B (zh) 一种高纯度六角片状钡铁氧体的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant