铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75及其制备方法

摘要

一种铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75，其中，使用Cu靶Kα衍射，其以2θ角度表示的X射线粉末衍射图谱在32.28°、39.81°、46.30°、57.57°处具有衍射峰，2θ角度测量误差为±0.005°。本发明还提供一种制备本发明的铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75的方法，包括如下步骤：(1)将SrO、Fe2O3、CrO2、CrO3以8:2:3:1的摩尔比例充分研磨，得到粉末；(2)将步骤(1)得到的粉末密封包裹后，进行合成，淬火卸压至室温环境，得到铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75。本发明提供的铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75具有稳定的性质、铁磁性工作温区范围广等优点，是潜在的高温自旋过滤材料并具备磁光电器件的发展潜力。

权利要求

1.一种铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75，其中，使用Cu靶Kα衍射，其以2θ角度表示的X射线粉末衍射图谱在32.28°、39.81°、46.30°、57.57°、67.56°、76.87°、94.70°处具有衍射峰，2θ角度测量误差为±0.005°。

2.根据权利要求1所述的铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75，其中，所述铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75为立方晶系，空间群为Pm‑3m，晶格常数为

3.根据权利要求1所述的铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75，其中，所述铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75的居里温度为600K。

4.根据权利要求1所述的铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75，其中，所述铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75的光学带隙为2.28eV。

5.根据权利要求1所述的铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75，其中，所述铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75产生的光致发光是半高宽波长为492nm‑577nm的绿光。

6.根据权利要求1所述的铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75，其中，所述铁磁性荧光材料

4 4

Sr2CrFeO5.75在室温下的电阻率为2.6×10‑3×10Ω·cm。

7.根据权利要求1所述的铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75，其中，所述铁磁性荧光材料

5 5

Sr2CrFeO5.75在210K下的电阻率为4.8×10‑5.6×10Ω·cm。

8.一种制备权利要求1‑7中任一项所述的铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75的方法，包括如下步骤：

(1)将SrO、Fe2O3、CrO2、CrO3以8:2:3:1的摩尔比例充分研磨，得到粉末；

(2)将步骤(1)得到的粉末密封包裹后，进行合成，淬火卸压至室温环境，得到铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述步骤(1)中的研磨进行30‑90min。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述步骤(2)中的合成所使用的温度为900℃‑

1000℃，合成所使用的压力为6GPa‑7GPa，合成进行20‑30min。

11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述步骤(2)中的密封包裹是通过使用金胶囊或者铂胶囊进行的。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述金胶囊或者铂胶囊为圆筒形。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述圆筒形的外直径为2～10mm，长度为2～

10mm，壁厚为0.1～1mm。

14.根据权利要求8所述的方法，其中，所述步骤(2)中的合成是在六面顶压机中进行的。

说明书

铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于材料领域。具体地，本发明涉及一种适合在室温以上工作的铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75及其制备方法。

背景技术

[0002] 自旋极化隧穿和获得有效的自旋注入在自旋电子学领域通常是比较困难的，而铁磁性的隧道结作为产生极化电子源的手段，用以实现自旋过滤，因此需要铁磁性绝缘体或
半导体。第一个产生自旋过滤效应的是EuS磁性隧道结，EuS虽然自旋极化率很高(85％)，但
是居里温度太低(TC～16.6K)不足以使其在室温下工作，之后的许多材料如BiMnO3(TC～
105K) 等也是著名的自旋过滤材料，探索新的更高居里温度的铁磁性绝缘体是非常有必要
的。另一方面，光电材料往往缺乏磁性，整合光电材料和铁磁性，将产生新的多功能的磁光
电材料。而特殊的带隙结构可以产生可见光频段的荧光，其中绿光频段(492nm‑577nm)遭受
量子效率的系统性严重下滑，因此产生新的绿色光源，解决“绿带问题”也为下一代光电子
器件所需要。

发明内容

[0003] 本发明的目的之一在于提供一种铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75。该材料可以应用于自旋极化隧穿和多功能磁光电器件领域。

[0004] 本发明的另一目的在于提供制备该铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75的方法。

[0005] 为达到上述目的，第一方面，本发明提供一种铁磁性荧光材料 Sr2CrFeO5.75，其中，使用Cu靶Kα衍射，其以2θ角度表示的X射线粉末衍射图谱在32.28°、39.81°、46.30°、57.57°
处具有衍射峰，2θ角度测量误差为±0.005°。

[0006] 优选地，在本发明所述的铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75中，使用Cu靶 Kα衍射，其以2θ角度表示的X射线粉末衍射图谱在67.56°、76.87°、94.70°处具有衍射峰，2θ角度测量误差
为±0.005°。

[0007] 优选地，在本发明所述的铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75中，所述铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75为立方晶系，空间群为Pm‑3m，晶格常数为

[0008] 在本发明提供的铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75中，Cr、Fe是等概率无序排列的，并且所述铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75包含铁磁性耦合和倾斜反铁磁性的耦合。

[0009] 优选地，在本发明所述的铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75中，所述铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75的居里温度为600K。

[0010] 优选地，在本发明所述的铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75中，所述铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75的光学带隙为2.28eV。

[0011] 优选地，在本发明所述的铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75中，所述铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75产生的光致发光是半高宽波长为492nm‑577nm的绿光。

[0012] 优选地，在本发明所述的铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75中，所述铁磁性荧光材料4 4
Sr2CrFeO5.75在室温下的电阻率为2.6×10‑3×10Ω·cm。可见，在室温下所述铁磁性荧光
材料Sr2CrFeO5.75的室温电阻大，呈现绝缘性。

[0013] 优选地，在本发明所述的铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75中，所述铁磁性荧光材料5 5
Sr2CrFeO5.75在210K下的电阻率为4.8×10‑5.6×10Ω·cm。

[0014] 第二方面，本发明提供一种制备本发明所述的铁磁性荧光材料 Sr2CrFeO5.75的方法，包括如下步骤：

[0015] (1)将SrO、Fe2O3、CrO2、CrO3以8:2:3:1的摩尔比例充分研磨，得到粉末；

[0016] (2)将步骤(1)得到的粉末密封包裹后，进行合成，淬火卸压至室温环境，得到铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75。

[0017] 优选地，在本发明所述的方法中，所述步骤(1)中的研磨进行 30‑90min。

[0018] 优选地，在本发明所述的方法中，所述步骤(2)中的合成所使用的温度为900℃‑1000℃，合成所使用的压力为6GPa‑7GPa，合成进行 20‑30min。

[0019] 优选地，在本发明所述的方法中，所述步骤(2)中的密封包裹是通过使用金胶囊或者铂胶囊进行的；更优选地，所述金胶囊或者铂胶囊为圆筒形；更优选地，所述圆筒形的外
直径为2～10mm，长度为2～10mm，壁厚为0.1～1mm。

[0020] 优选地，在本发明所述的方法中，所述步骤(2)中的合成是在六面顶压机中进行的。

[0021] 本发明具有如下有益效果：

[0022] 本发明提供的铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75具有稳定的性质、铁磁性工作温区范围广、寿命长且绝缘性好等优点，是潜在的高温自旋过滤材料并具备磁光电器件的发展潜力。

附图说明

[0023] 以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：

[0024] 图1为本发明实施例1的铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75的X射线衍射图；

[0025] 图2为本发明实施例1的铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75的晶体结构图；

[0026] 图3为本发明实施例1的铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75的磁化率随温度变化的曲线；

[0027] 图4为本发明实施例1的铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75的各温度下的磁滞回线；

[0028] 图5为本发明实施例1的铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75的电阻率随温度的变化曲线，插图显示本发明实施例1的铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75符合三维的变程跳跃模型ρ＝ρ0exp
1/4
(T0/T) ；

[0029] 图6为本发明实施例1的铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75的光学带隙示意图；

[0030] 图7为本发明实施例1的铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75的绿色荧光的光致发光曲线及示意图；

[0031] 图8为本发明的铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75的制备流程示意图。

具体实施方式

[0032] 下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。

[0033] 实施例1

[0034] (1)将SrO(纯度>99.9％)，Fe2O3(纯度>99.9％)，CrO2(纯度>99.9％)， CrO3(纯度>99.9％)按化学计量比8:2:3:1混合，在研钵中研磨30分钟，使其充分混合均匀，得到粉末；

[0035] (2)将步骤(1)得到的粉末密封用圆筒形金胶囊包裹后，其中金胶囊的直径为2mm，长度为5mm，壁厚为0.2mm，在六面顶压机中进行高温高压合成30min，高温高压合成是在压
力为6GPa，温度为900℃下进行的，然后淬火卸压至室温环境，得到铁磁性荧光材料
Sr2CrFeO5.75。

[0036] 图2为本发明实施例1的铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75的晶体结构图。如图2所示，Sr2CrFeO5.7的原胞是ABO3型简单钙钛矿结构，属于立方晶系，空间群为Pm‑3m，晶格常数为
(误差为 )。一个原胞包含3个氧原子，一个Sr原子，Cr和Fe原子等概率
地占据氧八面体中央。

[0037] 图3为本发明实施例1的铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75的磁化率随温度变化的曲线。通过零场降温后测的磁化率曲线看出，降在约600K时磁化率发生显著变化，该温度以下磁
3+ 3+
化率随温度降低而不断增大，意味此处铁磁性的相变，实际上Fe 与Fe 的倾斜反铁磁性耦
3+ 4+
合导致居里温度如此之高。低温处80K以下的低温部分磁化率斜率的增大，可能是Fe ‑Cr
铁磁性的短程关联。磁化率特性意味着铁磁性工作温区在600K以下。

[0038] 图5为本发明实施例1的铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75的电阻率随温度的变化曲线，插图显示本发明实施例1的铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75符合三维的变程跳跃模型ρ＝ρ0exp
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(T0/T) 。低于210K的电阻达到4.8× 10‑5.6×10Ω·cm。铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75在
4 4
室温下的电阻率为2.6 ×10‑3×10Ω·cm。对三维变程跳跃模型的拟合也意味着本材料
的绝缘性特征。

[0039] 图6为本发明实施例1的铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75的光学带隙示意图。(αhν)2‑hν曲线的直线部分拟合得到横坐标的截距即为光学带隙值，α为吸收系数，hν为光子能量，符
合直接允许跃迁带隙。光学带隙Eg＝2.28eV。

[0040] 图7为本发明实施例1的铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75的绿色荧光的光致发光曲线及示意图。图7示出了激发波长为蓝光(445nm)，受激荧光光谱主峰在520nm处，显示绿色荧
光图谱。阴影部分表明了绿光波长范围 492nm～577nm。

[0041] 实施例2

[0042] (1)将SrO(纯度>99.9％)，Fe2O3(纯度>99.9％)，CrO2(纯度>99.9％)， CrO3(纯度>99.9％)按化学计量比8:2:3:1混合，在研钵中研磨90分钟，使其充分混合均匀，得到粉末；

[0043] (2)将步骤(1)得到的粉末密封用圆筒形铂胶囊包裹后，其中铂胶囊的直径为10mm，长度为10mm，壁厚为1mm，在六面顶压机中进行高温高压合成20min，高温高压合成是
在压力为7GPa，温度为1000℃下进行的，然后淬火卸压至室温环境，得到铁磁性荧光材料
Sr2CrFeO5.75。

[0044] 本实施例所制备的铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75结构同实施例1

[0045] 实施例3

[0046] (1)将SrO(纯度>99.9％)，Fe2O3(纯度>99.9％)，CrO2(纯度>99.9％)， CrO3(纯度>99.9％)按化学计量比8:2:3:1混合，在研钵中研磨60分钟，使其充分混合均匀，得到粉末；

[0047] (2)将步骤(1)得到的粉末密封用圆筒形金胶囊包裹后，其中金胶囊的直径为6mm，长度为8mm，壁厚为0.1mm，在六面顶压机中进行高温高压合成25min，高温高压合成是在压
力为6.5GPa，温度为950℃下进行的，然后淬火卸压至室温环境，得到铁磁性荧光材料
Sr2CrFeO5.75。

[0048] 本实施例所制备的铁磁性荧光材料Sr2CrFeO5.75结构同实施例1。