氧化物(Na.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911336342.X (22)申请日 2019.12.23 (71)申请人 桂林电子科技大学 地址 541004 广西壮族自治区桂林市金鸡 路1号 (72)发明人 袁昌来陈泽星蒙柳方刘笑 朱保华周昌荣许积文程帅 王江饶光辉 (74)专利代理机构 桂林市华杰专利商标事务所 有限责任公司 45112 代理人 杨雪梅 (51)Int.Cl. C04B 35/475(2006.01) C04B 35/622(2006.01) (54)发明名称 氧化物(Na0.5Bi0.5)1-x。

2、MexTiO3稀磁铁电半导 体陶瓷及其制备方法 (57)摘要 本发明公开了一种氧化物(Na0 .5Bi0 .5)1- xMexTiO3稀磁铁电半导体陶瓷及其制备方法， 其 组成通式为： (Na0.5Bi0.5)1-xMexTiO3， 其中0.02 x0.1， Me为Ni、 Co、 Fe、 Mn中的一种， 该陶瓷的制 备方法步骤为： 1） 按(1-x)/2： (1-x)/2：x： 1的摩 尔比例称取高纯度的Bi2O3： Na2CO3： MeO： TiO2粉 体原料， 以无水乙醇为介质置于行星球磨机中充 分 混 合 后 取 出 干 燥 、 研 磨 ， 再 煅 烧 合 成 (Na0.5Bi0.5)1。

3、-xMexTiO3粉体； 2） 将(Na0.5Bi0.5)1- xMexTiO3粉体与质量浓度为5%的PVA溶液混合均 匀， 烘干， 研磨成粉末， 将粉末压制成陶瓷坯体； 3 ） 将 陶 瓷 坯 体 高 温 烧 结 ， 即 得 到 氧 化 物 (Na0.5Bi0.5)1-xMexTiO3稀磁铁电半导体陶瓷。 该 (Na0.5Bi0.5)1-xMexTiO3稀磁铁电半导体陶瓷可用 于制造光电器件、 光传感器、 光探测器、 光伏器件 和多功能电磁器件等领域中。 权利要求书1页 说明书5页 CN 110877978 A 2020.03.13 CN 110877978 A 1.一种氧化物(Na0.5B。

4、i0.5)1-xMexTiO3稀磁铁电半导体陶瓷， 其特征在于， 其组成通式为： (Na0.5Bi0.5)1-xMexTiO3， 其中x为摩尔分数， 0.02x0.1， Me为Ni、 Co、 Fe、 Mn中的一种。 2.根据权利要求1所述的一种氧化物(Na0.5Bi0.5)1-xMexTiO3稀磁铁电半导体陶瓷， 其特 征在于， 其制备方法包括如下步骤： 1） 按(1-x)/2： (1-x)/2：x： 1的摩尔比例称取高纯度的Bi2O3、 Na2CO3、 MeO、 TiO2粉体原料， 以 无水乙醇为介质置于行星球磨机中充分混合后取出干燥、 研磨 ， 再煅烧合成 (Na0.5Bi0.5)1-xM。

5、exTiO3粉体； 2） 将(Na0.5Bi0.5)1-xMexTiO3粉体与质量浓度为5%的PVA溶液混合均匀， 烘干， 研磨成粉 末， 将粉末压制成陶瓷坯体； 3） 将陶瓷坯体高温烧结， 即得到氧化物(Na0.5Bi0.5)1-xMexTiO3稀磁铁电半导体陶瓷。 3.根据权利要求2所述的一种氧化物(Na0.5Bi0.5)1-xMexTiO3稀磁铁电半导体陶瓷， 其特 征在于， 步骤1） 中， 所述的煅烧， 是850下保温2小时。 4.根据权利要求2所述的一种氧化物(Na0.5Bi0.5)1-xMexTiO3稀磁铁电半导体陶瓷， 其特 征在于， 步骤3） 中， 所述的高温烧结， 是1075。

6、1125下保温2小时。 权利要求书 1/1 页 2 CN 110877978 A 2 氧化物(Na0.5Bi0.5)1-xMexTiO3稀磁铁电半导体陶瓷及其制备 方法 技术领域 0001 本发明属于功能陶瓷制造领域， 具体涉及到一种氧化物(Na0.5Bi0.5)1-xMexTiO3稀磁 铁电半导体陶瓷及其制备方法。 背景技术 0002 氧化物稀磁铁电半导体陶瓷是指非磁性氧化物铁电半导体陶瓷中部分原子被过 渡金属元素取代后的功能陶瓷， 它同时具有磁性、 铁电性和半导体特性。 可应用于集成电 路、 存储器、 光电器件、 光传感器等高新技术领域。 要想获得稀磁铁电半导体材料， 常采用磁 性材料、 。

7、铁电 体和半导体组合构成 ， 而这带来了复杂的器件设计。 钙钛矿结构的 Na0.5Bi0.5TiO3是一种优良的氧化物铁电体， 在室温下为三方结构， 它具有较高的居里温度 （约320） 以及较好的铁电性等优点， 一直被认为是铅基铁电材料的替代品之一。 然而， 纯 的Na0.5Bi0.5TiO3仅具有铁电压电性和高达3.2eV以上的光学带隙， 对太阳光的可见光波段 不具有响应性； 同时， 纯的Na0.5Bi0.5TiO3没有磁性， 不具有磁调节功能。 为解决这个问题， 因 而有了如下发明。 发明内容 0003 本发明的目的在于克服现有技术的不足， 而提供一种氧化物(Na0.5Bi0.5)1-xM。

8、exTiO3 稀磁铁电半导体陶瓷及其制备方法， 该陶瓷采用MeTiO3（Me = Ni、 Co、 Fe、 Mn） 与纯 Na0.5Bi0.5TiO3进行固溶， 通过的固相烧结法制备得(Na0.5Bi0.5)1-xMexTiO3氧化物稀磁铁电半 导体功能陶瓷。 0004 实现本发明目的的技术方案是： 一种氧化物(Na0.5Bi0.5)1-xMexTiO3稀磁铁电半导体陶瓷， 其组成通式为： (Na0.5Bi0.5)1- xMexTiO3， 其中x为摩尔分数， 0.02x0.1， Me为Ni、 Co、 Fe、 Mn中的至少一种。 0005 一种氧化物(Na0.5Bi0.5)1-xMexTiO3稀磁。

9、铁电半导体陶瓷的制备方法， 包括如下步 骤： 1） 按(1-x)/2： (1-x)/2：x： 1的摩尔比例称取高纯度的Bi2O3、 Na2CO3、 MeO、 TiO2粉体原 料， 以无水乙醇为介质置于行星球磨机中充分混合后取出干燥、 研磨， 再煅烧合成 (Na0.5Bi0.5)1-xMexTiO3粉体； 2） 将(Na0.5Bi0.5)1-xMexTiO3粉体与质量浓度为5%的PVA溶液混合均匀， 烘干， 研磨成粉 末， 将粉末压制成陶瓷坯体； 3） 将陶瓷坯体高温烧结， 即得到氧化物(Na0.5Bi0.5)1-xMexTiO3稀磁铁电半导体陶瓷。 0006 步骤1） 中， 所述的煅烧， 是8。

10、50下保温2小时。 0007 步骤3） 中， 所述的高温烧结， 是10751125下保温2小时。 0008 本发明提供的一种氧化物(Na0.5Bi0.5)1-xMexTiO3稀磁铁电半导体陶瓷及其制备方 法， 将Na0.5Bi0.5TiO3与MeTiO3（Me = Ni、 Co、 Fe、 Mn） 固溶能形成稀磁铁电半导体， 经测试具有 说明书 1/5 页 3 CN 110877978 A 3 一定的光伏效应， 其铁电剩余极化 （Pr） 介于29.251.8 C/cm2， 光学带隙值 （Eg） 介于1.12 2.76eV， 短路光电流密度 （Jsc） 介于0.742.70 nA/cm2， 饱和磁。

11、化强度 （M） 介于35.4100.8 menu/g。 这种单一物相就具有稀磁铁电半导体特征的氧化物材料， 在当前各种氧化物铁电 材料中并不多见， 该(Na0.5Bi0.5)1-xMexTiO3稀磁铁电半导体陶瓷可用于制造光电器件、 光传 感器、 光探测器、 光伏器件和多功能电磁器件等领域中。 具体实施方式 0009 下面结合具体实施例对本发明内容做进一步阐述， 但不是对本发明的限定。 0010 实施例1： 1） 选择高纯度的NiO （98%） 、 TiO2（99.9%） 、 Na2CO3（99.9%） 、 Bi2O3（99.9%） 粉末为原料， 按 照Bi2O3： Na2CO3： NiO： 。

12、TiO2=0.49： 0.49： 0.02： 1的摩尔比例配料， 以无水乙醇为介质将原料置 于行星球磨机中充分混合24h后取出烘干、 研磨 ， 再经过850保温2小时合成 Na0.49Bi0.49Ni0.02TiO3粉体； 2） 将所得粉体与质量浓度为5%的PVA溶液混合均匀,烘干、 研磨成粉末， 将粉末压制成 陶瓷坯体； 3） 将陶瓷坯体于1075下保温2小时， 即得到Na0.49Bi0.49Ni0.02TiO3稀磁铁电半导体陶 瓷； 4） 将所得Na0.49Bi0.49Ni0.02TiO3稀磁铁电半导体陶瓷进行铁电性能、 光学带隙、 光电流 和磁性能测试， 性能测试结果如表1所示。 001。

13、1 实施例2： 1） 选择高纯度的NiO （98%） 、 TiO2（99.9%） 、 Na2CO3（99.9%） 、 Bi2O3（99.9%） 粉末为原料， 按 照Bi2O3： Na2CO3： NiO： TiO2=0.47： 0.47： 0.06： 1的摩尔比例配料， 以无水乙醇为介质将原料置 于行星球磨机中充分混合24h后取出烘干、 研磨 ， 再经过850保温2小时合成 Na0.47Bi0.47Ni0.06TiO3粉体； 2） 将所得粉体与质量浓度为5%的PVA溶液混合均匀, 烘干、 研磨成粉末， 将粉末压制成 陶瓷坯体； 3） 将陶瓷坯体于1100下保温2小时， 即得到Na0.47Bi0.。

14、47Ni0.06TiO3稀磁铁电半导体陶 瓷； 4） 将所得Na0.47Bi0.47Ni0.06TiO3稀磁铁电半导体陶瓷进行铁电性能、 光学带隙、 光电流 和磁性能测试， 性能测试结果如表1所示。 0012 实施例3： 1） 选择高纯度的NiO （98%） 、 TiO2（99.9%） 、 Na2CO3（99.9%） 、 Bi2O3（99.9%） 粉末为原料， 按 照Bi2O3： Na2CO3： NiO： TiO2=0.45： 0.45： 0.1： 1的摩尔比例配料， 以无水乙醇为介质将原料置 于行星球磨机中充分混合24h后取出烘干、 研磨 ， 再经过850保温2小时合成 Na0.45Bi0.。

15、45Ni0.1TiO3粉体； 2） 将所得粉体与质量浓度为5%的PVA溶液混合均匀, 烘干、 研磨成粉末， 将粉末压制成 陶瓷坯体； 3） 将陶瓷坯体于1125下保温2小时， 即得到Na0.45Bi0.45Ni0.1TiO3稀磁铁电半导体陶 瓷； 说明书 2/5 页 4 CN 110877978 A 4 4） 将所得Na0.45Bi0.45Ni0.1TiO3稀磁铁电半导体陶瓷进行铁电性能、 光学带隙、 光电流和 磁性能测试， 性能测试结果如表1所示。 0013 实施例4： 1） 选择高纯度的Co2O3（99.9%） 、 TiO2（99.9%） 、 Na2CO3（99.9%） 、 Bi2O3（9。

16、9.9%） 粉末为原 料， 按照Bi2O3： Na2CO3： Co2O3： TiO2=0.49： 0.49： 0.02： 1的摩尔比例配料， 以无水乙醇为介质 将原料置于行星球磨机中充分混合24h后取出烘干、 研磨， 再经过850保温2小时合成 Na0.49Co0.49Ni0.02TiO3粉体； 2） 将所得粉体与质量浓度为5%的PVA溶液混合均匀, 烘干、 研磨成粉末， 将粉末压制成 陶瓷坯体； 3） 将陶瓷坯体于1075下保温2小时， 即得到Na0.49Co0.49Ni0.02TiO3稀磁铁电半导体陶 瓷； 4） 将所得Na0.49Co0.49Ni0.02TiO3稀磁铁电半导体陶瓷进行铁电。

17、性能、 光学带隙、 光电流 和磁性能测试， 性能测试结果如表1所示。 0014 实施例5： 1） 选择高纯度的Co2O3（99.9%） 、 TiO2（99.9%） 、 Na2CO3（99.9%） 、 Bi2O3（99.9%） 粉末为原 料， 按照Bi2O3： Na2CO3： Co2O3： TiO2=0.48： 0.48： 0.04： 1的摩尔比例配料， 以无水乙醇为介质 将原料置于行星球磨机中充分混合24h后取出烘干、 研磨， 再经过850保温2小时合成 Na0.46Bi0.46Co0.04TiO3粉体； 2） 将所得粉体与质量浓度为5%的PVA溶液混合均匀, 烘干、 研磨成粉末， 将粉末压制。

18、成 陶瓷坯体； 3） 将陶瓷坯体于1105下保温2小时， 即得到Na0.46Bi0.46Co0.04TiO3稀磁铁电半导体陶 瓷； 4） 将所得Na0.46Bi0.46Co0.04TiO3稀磁铁电半导体陶瓷进行铁电性能、 光学带隙、 光电流 和磁性能测试， 性能测试结果如表1所示。 0015 实施例6： 1） 选择高纯度的Co2O3（99.9%） 、 TiO2（99.9%） 、 Na2CO3（99.9%） 、 Bi2O3（99.9%） 粉末为原 料， 按照Bi2O3： Na2CO3： Co2O3： TiO2=0.45： 0.45： 0.1： 1的摩尔比例配料， 以无水乙醇为介质将 原料置于行星。

19、球磨机中充分混合24h后取出烘干、 研磨， 再经过850保温2小时合成 Na0.45Bi0.45 Co 0.1TiO3粉体； 2） 将所得粉体与质量浓度为5%的PVA溶液混合均匀, 烘干、 研磨成粉末， 将粉末压制成 陶瓷坯体； 3） 将陶瓷坯体于1125下保温2小时， 即得到Na0.45Bi0.45Co0.1TiO3稀磁铁电半导体陶 瓷； 4） 将所得Na0.45Bi0.45Co0.1TiO3稀磁铁电半导体陶瓷进行铁电性能、 光学带隙、 光电流和 磁性能测试， 性能测试结果如表1所示。 0016 实施例7： 1） 选择高纯度的Fe2O3（99.9%） 、 TiO2（99.9%） 、 Na2C。

20、O3（99.9%） 、 Bi2O3（99.9%） 粉末为原 料， 按照Bi2O3： Na2CO3： Fe2O3： TiO2=0.49： 0.49： 0.02： 1的摩尔比例配料， 以无水乙醇为介质 将原料置于行星球磨机中充分混合24h后取出烘干、 研磨， 再经过850保温2小时合成 说明书 3/5 页 5 CN 110877978 A 5 Na0.49Fe0.49Ni0.02TiO3粉体； 2） 将所得粉体与质量浓度为5%的PVA溶液混合均匀, 烘干、 研磨成粉末， 将粉末压制成 陶瓷坯体； 3） 将陶瓷坯体于1075下保温2小时， 即得到Na0.49Fe0.49Ni0.02TiO3稀磁铁电半。

21、导体陶 瓷； 4） 将所得Na0.49Fe0.49Ni0.02TiO3稀磁铁电半导体陶瓷进行铁电性能、 光学带隙、 光电流 和磁性能测试， 性能测试结果如表1所示。 0017 实施例8： 1） 选择高纯度的Fe2O3（99.9%） 、 TiO2（99.9%） 、 Na2CO3（99.9%） 、 Bi2O3（99.9%） 粉末为原 料， 按照Bi2O3： Na2CO3： Fe2O3： TiO2=0.47： 0.47： 0.06： 1的摩尔比例配料， 以无水乙醇为介质 将原料置于行星球磨机中充分混合24h后取出烘干、 研磨， 再经过850保温2小时合成 Na0.47Bi0.47Fe0.06TiO3。

22、粉体； 2） 将所得粉体与质量浓度为5%的PVA溶液混合均匀, 烘干、 研磨成粉末， 将粉末压制成 陶瓷坯体； 3） 将陶瓷坯体于1095下保温2小时， 即得到Na0.47Bi0.47Fe0.06TiO3稀磁铁电半导体陶 瓷； 4） 将所得Na0.47Bi0.47Fe0.06TiO3稀磁铁电半导体陶瓷进行铁电性能、 光学带隙、 光电流 和磁性能测试， 性能测试结果如表1所示。 0018 实施例9： 1） 选择高纯度的Fe2O3（99.9%） 、 TiO2（99.9%） 、 Na2CO3（99.9%） 、 Bi2O3（99.9%） 粉末为原 料， 按照Bi2O3： Na2CO3： Fe2O3： 。

23、TiO2=0.45： 0.45： 0.1： 1的摩尔比例配料， 以无水乙醇为介质将 原料置于行星球磨机中充分混合24h后取出烘干、 研磨， 再经过850保温2小时合成 Na0.45Bi0.45Fe0.1TiO3粉体； 2） 将所得粉体与质量浓度为5%的PVA溶液混合均匀, 烘干、 研磨成粉末， 将粉末压制成 陶瓷坯体； 3） 将陶瓷坯体于1125下保温2小时， 即得到Na0.45Bi0.45Fe0.1TiO3稀磁铁电半导体陶 瓷； 4） 将所得Na0.45Bi0.45Fe0.1TiO33稀磁铁电半导体陶瓷进行铁电性能、 光学带隙、 光电流 和磁性能测试， 性能测试结果如表1所示。 0019 实。

24、施例10： 1） 选择高纯度的MnO2（85%） 、 TiO2（99.9%） 、 Na2CO3（99.9%） 、 Bi2O3（99.9%） 粉末为原料， 按 照Bi2O3： Na2CO3： MnO2： TiO2=0.49： 0.49： 0.02： 1的摩尔比例配料， 以无水乙醇为介质将原料 置于行星球磨机中充分混合24h后取出烘干、 研磨， 再经过850保温2小时合成 Na0.49Mn0.49Ni0.02TiO3粉体； 2） 将所得粉体与质量浓度为5%的PVA溶液混合均匀, 烘干、 研磨成粉末， 将粉末压制成 陶瓷坯体； 3） 将陶瓷坯体于1075下保温2小时， 即得到Na0.49Mn0.49。

25、Ni0.02TiO3稀磁铁电半导体陶 瓷； 4） 将所得Na0.49Mn0.49Ni0.02TiO3稀磁铁电半导体陶瓷进行铁电性能、 光学带隙、 光电流 说明书 4/5 页 6 CN 110877978 A 6 和磁性能测试， 性能测试结果如表1所示。 0020 实施例11： 1） 选择高纯度的MnO2（85%） 、 TiO2（99.9%） 、 Na2CO3（99.9%） 、 Bi2O3（99.9%） 粉末为原料， 按 照Bi2O3： Na2CO3： MnO2： TiO2=0.47： 0.47： 0.06： 1的摩尔比例配料， 以无水乙醇为介质将原料 置于行星球磨机中充分混合24h后取出烘干、。

26、 研磨， 再经过850保温2小时合成 Na0.47Bi0.47Mn0.06TiO3粉体； 2） 将所得粉体与质量浓度为5%的PVA溶液混合均匀, 烘干、 研磨成粉末， 将粉末压制成 陶瓷坯体； 3） 将陶瓷坯体于1110下保温2小时， 即得到Na0.47Bi0.47Mn0.06TiO3稀磁铁电半导体陶瓷； 4） 将所得Na0.47Bi0.47Mn0.06TiO3稀磁铁电半导体陶瓷进行铁电性能、 光学带隙、 光电流 和磁性能测试， 性能测试结果如表1所示。 0021 实施例12： 1） 选择高纯度的MnO2（85%） 、 TiO2（99.9%） 、 Na2CO3（99.9%） 、 Bi2O3（9。

27、9.9%） 粉末为原料， 按 照Bi2O3： Na2CO3： MnO2： TiO2=0.45： 0.45： 0.1： 1的摩尔比例配料， 以无水乙醇为介质将原料置 于行星球磨机中充分混合24h后取出烘干、 研磨 ， 再经过850保温2小时合成 Na0.45Bi0.45Mn0.1TiO3粉体； 2） 将所得粉体与质量浓度为5%的PVA溶液混合均匀, 烘干、 研磨成粉末， 将粉末压制成 陶瓷坯体； 3） 将陶瓷坯体于1125保温2小时， 即得到Na0.45Bi0.45Mn0.1TiO3稀磁铁电半导体陶瓷； 4） 将所得Na0.45Bi0.45Mn0.1TiO3稀磁铁电半导体陶瓷进行铁电性能、 光学带隙、 光电流和 磁性能测试， 性能测试结果如表1所示。 0022 表1 各实施例制得的陶瓷性能 说明书 5/5 页 7 CN 110877978 A 7 。