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铁酸铋及其复合材料的制备及性能研究
铁酸铋及其复合材料的制备及性能研究
引言
铁酸铋(BiFeO3)是一种多铁材料，可以同时展现出磁性和铁电性质，具有广泛的应用前景。在能源、电子、磁性材料等领域都有潜在的应用。然而，其单晶合成困难，生长速度慢，制备成本高，因此，需要研究合理的制备方法以及复合材料的制备方法，以提高其应用性能。
制备方法
1.溶剂热法
溶剂热法是一种常用的化学合成方法，它是通过水相或有机相反应产生溶剂热，使化学反应进行快速升温，从而形成高纯度、单相度好的多组分复合材料。该法不仅适用于制备BiFeO3纳米晶，也适用于制备BiFeO3基复合材料。
在溶剂热法中，通常是选择可溶性的金属离子盐和有机酸或酸酐的混合物，通过热分解反应，使其生成BiFeO3。常规的方法是将合适摩尔比的Bi(NO3)3·5H2O和Fe(NO3)3·9H2O溶于去离子水中，然后将苯甲酸加入其中，搅拌均匀，将溶液倒入Teflon容器，放入180℃处反应12h。
2.水热法
水热法属于一种低温固态反应合成方法，它是将所需多种原料混合溶于水中，可通过微小气泡和溶质离子的扩散来形成晶体。它具有对结晶相纯化、晶粒及粒度控制较好、操作简单且方便等优点，其制备的Nanosized的BiFeO3具有重复周期性、空间扭曲且不对称等结构特征。
在水热法中，也是选择Bi(NO3)3·5H2O和Fe(NO3)3·9H2O为原料，加入到有适量的NaOH溶液中，调节pH，搅拌均匀，将溶液倒入Teflon容器，加入适量的稳定剂（如辛醇），放入水热釜中，在140℃下反应24h。
性能研究
1.磁性性质
BiFeO3是由铁电和磁性共存的一种材料。在室温下，BiFeO3具有铁电性和反铁磁性，当温度降低时，其反铁磁性和铁电性质增强。因此，BiFeO3材料是一种内在地具有耦合作用的磁性材料。
表征铁酸铋的磁性性质通常采用磁滞回线和磁化曲线来描述。通过实验证明，BiFeO3具有强的铁电混合反铁磁性质，其比磁导率明显增强，具有优良的磁性能。
2.铁电性质
同样，BiFeO3也是一种铁电材料。铁电材料是一种内在地具有正比于外部电场施加的电极化强度的电性响应的材料。在外界电场作用下，电位能的极化发生连锁反应，最终导致铁电矢量的方向改变，从而出现铁电响应。实验证明，BiFeO3具有高铁电响应和良好的铁电特性。
3.复合材料性能
BiFeO3复合材料是指将BiFeO3与其他材料复合而成的材料，其性能相比于单一材料有了极大的提升。将BiFeO3与其它单一材料进行复合，可以造出一种具有双重性能的材料。例如，将BiFeO3和二氧化钛(TiO2)复合时，制备了一种具有高光敏性和高铁电特性的材料。
实验表明，TiO2/BiFeO3复合材料的铁电响应比纯BiFeO3材料的铁电响应强，提示该复合材料具有铁电增强特性；复合材料中加入TiO2，对BiFeO3非线性光学性质的改变也有明显的巨效，因为BiFeO3是具有更高的非线性极化率（NLOP）的光学材料，而TiO2具有更好的光学特性。
总结
在多种制备方法中，溶剂热法和水热法是常用的BiFeO3制备方法。BiFeO3具有铁电和磁性性质，因此在能源、电子、磁性材料等领域都有潜在的应用。BiFeO3复合材料具有双重性能，其中TiO2/BiFeO3复合材料具有铁电增强特性和非线性光学性质的改变，表明复合材料的应用前景广阔。