专利摘要

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≤x≤0.1，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‑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

1.一种氧化物(Na0.5Bi0.5)1-xMexTiO3稀磁铁电半导体陶瓷，其特征在于，其组成通式为：(Na0.5Bi0.5)1-xMexTiO3，其中x为摩尔分数，0.02≤x≤0.1，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)/4：(1-x)/4：x：1的摩尔比例称取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）将陶瓷坯体烧结，即得到氧化物(Na0.5Bi0.5)1-xMexTiO3稀磁铁电半导体陶瓷；

所述的烧结，是1075~1125℃下保温2小时。

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。

说明书

技术领域

本发明属于功能陶瓷制造领域，具体涉及到一种氧化物(Na_0.5Bi_0.5)_1-xMe_xTiO₃稀磁铁电半导体陶瓷及其制备方法。

背景技术

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、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Na_0.5Bi_0.5TiO₃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Na_0.5Bi_0.5TiO₃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Na_0.5Bi_0.5TiO₃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

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(Na_0.5Bi_0.5)_1-xMe_xTiO₃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Na_0.5Bi_0.5TiO₃进行固溶，通过的固相烧结法制备得(Na_0.5Bi_0.5)_1-xMe_xTiO₃氧化物稀磁铁电半导体功能陶瓷。

实现本发明目的的技术方案是：

一种氧化物(Na_0.5Bi_0.5)_1-xMe_xTiO₃稀磁铁电半导体陶瓷，其组成通式为：(Na_0.5Bi_0.5)_1-xMe_xTiO₃，其中x为摩尔分数，0.02≤x≤0.1，Me为Ni、Co、Fe、Mn中的至少一种。

一种氧化物(Na_0.5Bi_0.5)_1-xMe_xTiO₃稀磁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(Na_0.5Bi_0.5)_1-xMe_xTiO₃粉体；

2）将(Na_0.5Bi_0.5)_1-xMe_xTiO₃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(Na_0.5Bi_0.5)_1-xMe_xTiO₃稀磁铁电半导体陶瓷。

步骤1）中，所述的煅烧，是850℃下保温2小时。

步骤3）中，所述的高温烧结，是1075~1125℃下保温2小时。

本发明提供的一种氧化物(Na_0.5Bi_0.5)_1-xMe_xTiO₃稀磁铁电半导体陶瓷及其制备方法，将Na_0.5Bi_0.5TiO₃与MeTiO₃（Me = Ni、Co、Fe、Mn）固溶能形成稀磁铁电半导体，经测试具有一定的光伏效应，其铁电剩余极化（P_r）介于29.2~51.8μC/cm²，光学带隙值（E_g）介于1.12~2.76eV，短路光电流密度（J_sc）介于0.74~2.70 nA/cm²，饱和磁化强度（M）介于35.4~100.8menu/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(Na_0.5Bi_0.5)_1-xMe_xTiO₃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

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。

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：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Na_0.49Bi_0.49Ni_0.02TiO₃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Na_0.49Bi_0.49Ni_0.02TiO₃稀磁铁电半导体陶瓷；

4）将所得Na_0.49Bi_0.49Ni_0.02TiO₃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。

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Na_0.47Bi_0.47Ni_0.06TiO₃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Na_0.47Bi_0.47Ni_0.06TiO₃稀磁铁电半导体陶瓷；

4）将所得Na_0.47Bi_0.47Ni_0.06TiO₃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。

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Na_0.45Bi_0.45Ni_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Na_0.45Bi_0.45Ni_0.1TiO₃稀磁铁电半导体陶瓷；

4）将所得Na_0.45Bi_0.45Ni_0.1TiO₃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。

实施例4：

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=0.49：0.49：0.02：1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Na_0.49Co_0.49Ni_0.02TiO₃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Na_0.49Co_0.49Ni_0.02TiO₃稀磁铁电半导体陶瓷；

4）将所得Na_0.49Co_0.49Ni_0.02TiO₃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。

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Na_0.46Bi_0.46Co_0.04TiO₃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，将粉末压制成陶瓷坯体；

3）将陶瓷坯体于1105℃下保温2小时，即得到Na_0.46Bi_0.46Co_0.04TiO₃稀磁铁电半导体陶瓷；

4）将所得Na_0.46Bi_0.46Co_0.04TiO₃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。

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Na_0.45Bi_0.45 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Na_0.45Bi_0.45Co_0.1TiO₃稀磁铁电半导体陶瓷；

4）将所得Na_0.45Bi_0.45Co_0.1TiO₃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。

实施例7：

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=0.49：0.49：0.02：1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Na_0.49Fe_0.49Ni_0.02TiO₃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Na_0.49Fe_0.49Ni_0.02TiO₃稀磁铁电半导体陶瓷；

4）将所得Na_0.49Fe_0.49Ni_0.02TiO₃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。

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Na_0.47Bi_0.47Fe_0.06TiO₃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1095℃下保温2小时，即得到Na_0.47Bi_0.47Fe_0.06TiO₃稀磁铁电半导体陶瓷；

4）将所得Na_0.47Bi_0.47Fe_0.06TiO₃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。

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：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Na_0.45Bi_0.45Fe_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Na_0.45Bi_0.45Fe_0.1TiO₃稀磁铁电半导体陶瓷；

4）将所得Na_0.45Bi_0.45Fe_0.1TiO₃₃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。

实施例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Na_0.49Mn_0.49Ni_0.02TiO₃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Na_0.49Mn_0.49Ni_0.02TiO₃稀磁铁电半导体陶瓷；

4）将所得Na_0.49Mn_0.49Ni_0.02TiO₃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。

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、研磨，再经过850℃保温2小时合成Na_0.47Bi_0.47Mn_0.06TiO₃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Na_0.47Bi_0.47Mn_0.06TiO₃稀磁铁电半导体陶瓷；

4）将所得Na_0.47Bi_0.47Mn_0.06TiO₃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。

实施例12：

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=0.45：0.45：0.1：1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Na_0.45Bi_0.45Mn_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℃保温2小时，即得到Na_0.45Bi_0.45Mn_0.1TiO₃稀磁铁电半导体陶瓷；

4）将所得Na_0.45Bi_0.45Mn_0.1TiO₃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。

表1 各实施例制得的陶瓷性能

氧化物(NaBi)MeTiO稀磁铁电半导体陶瓷及其制备方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。