摘 要

多铁性材料由于其特殊的钙钛矿分子结构，在适度温度范围内，可以同时具有铁电性、铁磁性、介电特性、光催化特性。但铁酸铋在制备过程中非常容易生成铁与铋的氧化物等杂质，故而漏电流会增大降低其应用性能。目前来说，制备纯相铁酸铋材料并且改善优化其铁电性及铁磁性能已经成为光电极材料^[4]研究领域的热门话题。

本实验以Fe(NO₃)₃·9H₂O作为铁源，Bi(NO₃)₃·5H₂O作为铋源，采用共沉淀法制备铁酸铋前驱物，并且选择氨水作为沉淀剂，NaOH作为矿化剂。前驱物制备完成后，采用水热法合成形貌规则的BiFeO₃ 纳米粉体 。制备过程中，如若加入适量表面活性剂，可以很好的控制铁酸铋粉体的形貌状况。本实验中，在制得前驱物后，适量添加十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）表面活性剂，为了研究CTAB对铁酸铋最终结果的影响，通过改变了CTAB的物质的量从而进行对照试验。最终通过水热法合成了显微形貌为均匀有规律的片状结构铁酸铋粉体，其片状边缘具有菱形结构。最后采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）等表征手段对铁酸铋纳米粉体的结晶度、纯度、形貌进行表征。

关键词：水热合成法 铁酸铋粉体 表面活性剂 共沉淀 CTAB

Hydrothermal Synthesis and Morphology Control of Barium Ferrite Powder

ABSTRACT

Due to its special perovskite molecular structure, the multiferroic material can have ferroelectricity, ferromagnetism, dielectric properties and photocatalytic properties in a moderate temperature range. However, in the preparation process, barium ferrite is very likely to generate impurities such as oxides of iron and barium, and thus leakage current increases. At present, the preparation of pure phase barium ferrite material and improvement of its ferroelectricity and ferromagnetic properties have become hot topics in the research field of photoelectrode.
In this experiment, Fe(NO₃)₃·9H₂O was used as the iron source and Bi(NO₃)₃·5H₂O was used as the helium source. The precursor of barium ferrite was prepared by coprecipitation method, and ammonia water was selected as the precipitant and NaOH was used as the mineralizer. After the preparation of the precursor, the BiFeO₃ nano-powder with regular morphology was synthesized by hydrothermal method. In the preparation process, if a proper amount of surfactant is added, the morphology of the barium ferrite powder can be well controlled. In this experiment, after the precursor was prepared, an appropriate amount of cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) surfactant was added to synthesize iron with a uniform and regular sheet structure by hydrothermal method. The acid bismuth powder has a rhombic structure on its sheet-like edge.

KEYWORDS：Hydrothermal synthesis; Barium ferrite powder; Surfactant; Coprecipitation method; CTA

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2铁酸铋的分子结构 2

1.3铁酸铋的性能 3

1.3.1 铁酸铋的铁电性 3

1.3.2铁酸铋的铁磁性 4

1.4铁酸铋的应用 4

1.5本论文的研究目的及主要内容 5

1.5.1 研究意义及愿景 5

1.5.2 本论文主要实验内容 5

第二章 实验部分 6

2.1实验原料 6

2.2实验器材 6

2.3实验内容 7

2.3.1 前驱物的制备工作 7

2.3.2 调节前驱物的pH值 7

2.3.3 铁酸铋的后处理 8

2.4表征 9

第三章 结果与讨论 10

3.1铁酸铋粉体的相纯度 10

3.2铁酸铋粉体的形貌调控 15

第四章 结论 19

参考文献 20

致谢 23

第一章 绪论

1.1引言

铁酸铋的分子结构是三维方向扭曲且具有菱方面的钙钛矿结构。在室温条件下的单胞铁酸铋是由立方结构沿着[111]方向拉伸而形成，在结构上有两种有序，分别是：铁电有序和G型反铁磁性有^[1,2]。它们在室温条件下同时具有铁磁性能和铁电性能。其特殊的材料性能致使其得到广泛的应用，如太阳能光板材料、卫星通讯、收音机、存储器、微波、磁泡器件等方面^[3,4]，因此受到人们对新兴材料研发的广泛关注。

合成铁酸铋粉体的方法有很多，从反应类型上大致可以分为物理法和化学法。物理法有溅射沉积法（磁控溅射）、液相外延生长技术、化学气相沉积法、金属有机溶解等方法，在新兴材料的研发过程中得到了广泛的应用^[5,6,7]。但上述方法制得的铁酸铋往往含有大量的杂质，最常见的是各类铁或铋的氧化物，这就需要使用硝酸去除杂相，但硝酸的加入会使得铁酸铋粉体的晶体表面变的粗糙，不利于后期对其进行形貌调控，实验的重复性也很难控制。故而采用何种方法制得纯相的铁酸铋仍然是值得探索的。此外，上述方法中的实验温度都比较高，通常都是在居里温度上下浮动，高温反应条件将降低铁酸铋的铁磁性能及铁电性能^[10,11]。

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