一種多鐵性液體及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于多鐵性材料領域，具體涉及一種多鐵性液體及其制備方法。
【背景技術】
[0002]1994年瑞士的Schmid明確提出了多鐵性材料這一概念，多鐵性材料(mutIiferroic)是指材料的同一個相中包含兩種及兩種以上鐵的基本性能，這些鐵的基本性能包括鐵電性(反鐵電性)，鐵磁性(反鐵磁性、亞鐵磁性)和鐵彈性。這類材料在一定的溫度下同時存在自發(fā)極化序和自旋序，正是它們的同時存在引起的磁電耦合效應，使多鐵性體具有某些特殊的物理性質(zhì)，引發(fā)了若干新的、有意義的的物理現(xiàn)象，如:在磁場的作用下產(chǎn)生電極化或者誘導鐵電相變；在電場作用下產(chǎn)生磁場或者誘導鐵磁相變；在Curie溫度鐵磁相變點附近產(chǎn)生介電常數(shù)的突變，多鐵性材料已成為當前國際上研究的一個熱點。
[0003]鐵電材料具有優(yōu)良的鐵電、介電、熱釋電性、電光特性、聲光特性、非線性光學等特性，它們在鐵電存儲器、紅外探測器、傳感器、聲表面波、集成光電器件、電容器等固態(tài)器件方面有著非常重要的應用，這也極大地推動了鐵電材料及鐵電物理學的研究和發(fā)展?；阼F電材料的鐵電隨機存儲器由于其非易失性和讀取速度快等特點而具有巨大的應用前景。鐵電材料及其應用研究已成為凝聚態(tài)物理、固體電子學領域最熱門的研究課題之一。
[0004]目前同時具有鐵電有序和磁性有序的材料也不多，典型的有鐵酸鉍(BiFeO3，簡稱BF0)、錳酸鉍(BiMnO3,簡稱ΒΜ0)、羅息鹽(NaKC4H4O6.4H20)、BaFe12O19等。即便如此，目前研究的多鐵性材料都是固態(tài)，包括多鐵性陶瓷、多鐵性薄膜、多鐵性單晶等。固態(tài)多鐵性材料存在以下不足:1、固態(tài)多鐵性材料的矯頑力比較大，當用磁場或電場來調(diào)控器磁性或鐵電性的時候，需要的磁場或電場也就比較大；2.當研究其磁電耦合效應的時候，發(fā)現(xiàn)效應比較弱變化不明顯；3.施加電場過大容易將多鐵性材料損壞，造成材料浪費；4.多鐵性材料一旦成型其結構就不能改變。
[0005]由于目前同時具有鐵電有序和磁性有序的單相材料不多，而且這些材料要么是磁性不夠強，要么就是鐵電性比較弱，要么就是居里溫度比較低(只有在低溫下才具有磁性和鐵電性)。液態(tài)的多鐵性材料還未見報道，在國際上也沒有“多鐵性液體”這個概念。這是因為，當多鐵性材料處于液化狀態(tài)到時候，溫度一般都高于其鐵電居里溫度或者鐵磁居里溫度，此時多鐵性材料已經(jīng)失去鐵電性和(或)鐵磁性(或亞鐵磁性、反鐵磁性)了。因此，我們首次提出“多鐵性液體”這個概念，并給出了其制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述固態(tài)多鐵性材料的不足，本發(fā)明提供了一種多鐵性液體以及其制備方法。
[0007]本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn):
[0008]—種多鐵性液體，包括磁性的納米顆粒、鐵電性的納米顆粒、基液、表面活性劑，所述基液和所述表面活性劑均勻混合成混合液體，所述磁性的納米顆粒、鐵電性的納米顆粒均勾分散在所述混合液體中形成穩(wěn)定的懸浮液。
[0009]進一步，所述磁性的納米顆粒的粒徑蘭20nm。
[0010]進一步，所述鐵電性的納米顆粒的粒徑蘭20nm。
[0011]進一步，所述基液是水、有機液體或者有機水溶液。
[0012]進一步，所述基液為硅油、十二烷基苯或聚丁烯油。
[0013]進一步，所述表面活性劑為油酸、氨基十二烷、氟醚酸、月桂酸、苯基十一烷酸至少一種。
[0014]制備上述任一所述的多鐵性液體的方法，包括以下步驟:
[0015]準備干燥的磁性納米顆粒，干燥的鐵電性納米顆粒，基液和表面活性劑；
[0016]把基液和表面活性劑均勻混合為混合液體，把磁性的納米顆粒、鐵電性的納米顆粒加入到混合液體中，搖晃避免納米顆粒團聚、沉淀，再把混合液體裝入密封的容器中并置于搖床上搖動，直至形成穩(wěn)定的懸浮液，即得到多鐵性液體。
[0017]進一步，為了使納米顆粒均勻的分散在所述混合液體中形成穩(wěn)定的懸浮液，搖床搖動時間大于半小時。
[0018]本發(fā)明的有益效果:
[0019]1、對于固態(tài)多鐵性材料，其矯頑力比較大，當用磁場或電場來調(diào)控器磁性或鐵電性的時候，需要的磁場或電場比較大。而多鐵性液體，由于納米顆粒懸浮在液體中，納米顆粒受到布朗運動的影響，且液體對納米顆粒運動的阻力相對固體而言小很多。在電場(磁場)作用下，納米顆?？梢栽谝后w中旋轉(zhuǎn)，其磁矩方向或者極化方向就可以相應發(fā)生轉(zhuǎn)變；然而在固態(tài)多鐵性材料里面，晶粒顯然不能轉(zhuǎn)動，阻力很大。
[0020]2、對于固態(tài)多鐵性材料，在研究其磁電耦合效應的時候，發(fā)現(xiàn)磁電耦合效應比較弱。而多鐵性液態(tài)中懸浮有磁性的納米顆粒和鐵電性的納米顆粒，施加電場的時候，鐵電性納米顆粒就發(fā)生轉(zhuǎn)動，電偶極矩(電矩)就會轉(zhuǎn)向電場方向，并形成鏈狀，而且在液體中使電矩轉(zhuǎn)動所需要的電場遠小于固態(tài)多鐵材料。在轉(zhuǎn)動或其它運動方式的過程中，鐵電性納米顆粒會與磁性納米顆粒發(fā)生作用，從而影響到磁性納米顆粒的位置、方向、形狀，從而實現(xiàn)電場對多鐵性液體磁性的調(diào)控。反之，施加磁場的時候，磁性納米顆粒的磁矩就會在磁場方向下輕松轉(zhuǎn)動、運動并形成鏈狀。在轉(zhuǎn)動會或其它運動的過程中，磁性納米顆粒就會影響鐵電性納米顆粒的位置、方向、形狀，從而對多鐵性液體的鐵電性起調(diào)控作用。因此，只要施加很小的電場或磁場，就能使得電矩方向(極化方向)或磁矩方向轉(zhuǎn)動，鐵電性納米顆粒的運動會作用于磁性納米顆粒，反之磁性納米顆粒在磁場下的運動又會影響鐵電性納米顆粒，從而實現(xiàn)并提尚了多鐵性液體的磁電親合效應。
[0021 ] 3、對于固態(tài)多鐵性材料，施加電場過大，多鐵性材料容易被電場擊穿而損壞，而且這種擊穿是永久的，不能恢復，造成多鐵性材料的浪費。而多鐵性液體，某一個點被電場擊穿壞掉之后，只需要去掉電(磁)場，重新?lián)u晃多鐵性液體，然后再施加電(磁)場，多鐵性液體又能恢復再使用。而且，多鐵性液體只需要很小的電場就能改變其極化方向，因此也不容易被擊穿。
[0022]4、對于固態(tài)多鐵性材料，結構一旦成型，就不能改變。而對于多鐵性液體，由于液體的流動性，其內(nèi)部結構是可變化的。對多鐵性液體施加電(磁)場之后，可以很容易的改變納米鏈的長短粗細。而且，可根據(jù)需要施加電(磁)場，不需要用時候就不給電(磁)場，需要用的時候就施加電(磁)場電(磁)場，用完之后就可以去掉電(磁)場。而且可以通過改變電(磁)場的大小、方向、梯度等參數(shù)，隨意控制納米鏈的結構。如，做成光伏電池，使用固固態(tài)多鐵性材料，薄膜層的厚度就是恒定的，電極之間的距離、電極的面積都是恒定的；如果是納米線，那么納米線的長度粗細距離都是恒定不變的。使用多鐵性液體，則可以通過改變電(磁)場大小方向等因素，來改變納米鏈的長短粗細距離。
[0023]5、多鐵性液體有磁光效應、折射效應在固態(tài)多鐵性材料中沒有的性能。
[0024]6、在電場或磁場作用下，固態(tài)多鐵性材料中電疇的取向只能沿著接近于電場方向的某些取向，并不一定沿著電場方向，而對于多鐵性液體而言，由于納米顆?？梢栽谝后w中自由轉(zhuǎn)動，因此其電疇的取向可以完全沿著電場方向。
[0025]由于多鐵性液體同時具有多鐵性和流動性，具有許多獨特的鐵電學、流體力學、光學和聲學特性。當多鐵性液體置于一定強度的均勻電場，當一束偏振光穿過時，偏振光的電矢量平行于外電場方向與垂直于外電場方向吸收情況會存在差異，因而呈光學各向異性，將產(chǎn)生法拉第效應、雙折射效應等一系列電光效應。多鐵性液體在交變場中估計會具有電導率頻散、鐵電粘滯性等現(xiàn)象。同樣，可以通過電場來控制多鐵性液體的磁性，反過來也可以施加磁場來改變其電性能。
[0026]總之，本發(fā)明首次提出多鐵性液體概念并公開了多鐵性液體的制備方法，為多鐵性材料的研究開辟了一個全新的研究方向，從而拓寬了多鐵性材料的研究范圍，可根據(jù)多鐵性液體的不同性能進行深入研究并加以利用，從而使多鐵性材料得到更加充分的應用。本發(fā)明的多鐵性液體為磁性納米顆粒和鐵電性納米顆粒均勻分散在基液中形成穩(wěn)定的懸浮液，該多鐵性液體同時具有磁性、鐵電性和流動性，從理論上說，提供了一種全新的同時具有鐵電性和磁性的多鐵性材料，本發(fā)明的多鐵性液體的應用范圍將比固態(tài)多鐵性材料更加寬廣。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明的多鐵性液體示意圖；
[0028]圖2是本發(fā)明的多鐵性液體在磁場下多鐵性液體中沿磁場方向磁性納米顆粒形成鏈狀；
[0029]圖3是本發(fā)明的多鐵性液體在電場下多鐵性液體中沿電場方向鐵電性納米顆粒形成鏈狀；
[0030]圖4是本發(fā)明的多鐵性液體在相同方向施加的電場和磁場下多鐵性液體中納米顆粒沿電場和磁場的方向形成鏈狀；
[0031]圖5是本發(fā)明的多鐵性液體在不同磁場下其透光率的變化情況；
[0032]圖6是本發(fā)明的多鐵性液體在不同電場下其透光率的變化情況。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0034]—種多鐵性液體，包括磁性的納米顆粒、鐵電性的納米顆粒、基液、表面活性劑，所述基液和所述表面活性劑均勻混合成混合液體，所述磁性的納米顆粒、鐵電性的納米顆粒均勻分散在所述混合液體中形成穩(wěn)定的懸浮液。所述鐵電性的納米顆粒為鈦酸鋇(BTO)、鋯鈦酸鉛(PZT)或四氧化三鐵(Fe3O4),所述磁性的納米顆粒為鈷鐵氧體(CoFe2O4,簡寫CFO)或T-Fe2O3(本領域技術人員應當知道也可以根據(jù)需要選擇其他鐵電材料和磁性材料)。所述的納米顆粒是具有鐵電性(或者磁性)的納米微粒或者納米線。所述磁性的納米顆粒的粒徑f 20nm。所述鐵電性的納米顆粒的粒徑f 20nm。納米顆粒的粒徑越小越好，粒徑越小，由于庫倫運動，納米顆粒就不容易發(fā)生沉淀。反之，粒徑越大，由于受到重力作用，就容易發(fā)生沉淀，不能形成懸浮液了。如果粒徑大，就必須選擇密度也很大的基液體，用浮力來抵消重力，這樣對基液的選擇就比較苛刻，可供選擇的基液就比較少了。所述基液是水、有機液體或者有機水溶液。為了能夠?qū)Χ噼F性液體的多鐵性進行表征，就需要對多鐵性液體施加電場或磁場，使得液體中的鐵電性的納米顆?；虼判缘募{米顆粒被極化。因此，基液就應該選擇導電性很差的液體，比如接近于絕緣的油脂類，此外還應具有其他一些性能:擊穿強度高，介質(zhì)損耗角正切小，絕緣電阻率高，相對介電常數(shù)小；其次是具有優(yōu)良的物理和化學性能。如汽化溫度高，閃點高，盡量難燃或不燃；凝固點低，合適的粘度和粘度-溫度特性；熱導率大，比熱容大；熱穩(wěn)定性好，耐氧化；在電場作用下吸氣性小；它和與之接觸的固體材料之間的相容性要好；毒性低、易生物降解。還要求來源廣、價格低。優(yōu)選供高溫下使用的硅油、十二烷基苯或聚丁烯油等。選擇與基液的