化学式为Ca<sub>0.4</sub>Sr<sub>0.6</sub>Bi<sub>4</sub>Ti<sub>4</sub>O<sub>15</sub>的钙钛矿结构多晶纳米粉体快速制备方法

日期:2019-03-02 15:12:08

专利名称:化学式为Ca<sub>0.4</sub>Sr<sub>0.6</sub>Bi<sub>4</sub>Ti<sub>4</sub>O<sub>15</sub>的钙钛矿结构多晶纳米粉体快速制备方法
技术领域
本发明涉及一种钙钛矿结构多晶纳米粉体的制备,具体为一种化学式为 CaaJra6Bi4Ti4O15的钙钛矿结构多晶纳米粉体快速制备方法。
背景技术
Qia4Sra6Bi4Ti4O15M料具有铁电性、压电性、热释电性、电光、声光以及非线性光学性等一系列重要的特性,具有高的剩余极化、低得矫顽场强以及高的居里温度、低的介电损耗等优点,在微电子学、光电子学、集成光学和微电子机械系统(MEMQ等方面具有广阔的应用前景。粉体的合成已经成为化学和材料学科的一个重要研究领域,制备具有一定粒径和较窄粒径分布的纳米粉体尤为关键。国内外已经报道了多种纳米粉体的制备方法,可分为物理法和化学法。物理法主要有蒸发冷凝法、机械合金法和粉碎法等。化学法则主要有气相沉积法、水热合成法、溶胶-凝胶法和高分子保护法等。物理法具有易于放大和便于自动控制等优点,但设备昂贵,而且难以精确控制纳米粉体的粒径及粒径分布。化学法的影响因素较多,但可能对产物的特性进行剪裁。传统的溶胶-凝胶过程中的干燥是暴露于大气环境下,或放在烘箱中蒸发干燥, 其主要缺点是蒸发干燥过程中,由于凝胶中气液界面的形成,在凝胶的孔中因液体表面张力的作用产生一个弯月面,随着蒸发干燥的进行,弯月面消退到凝胶本体中,作用在孔壁上的力增加,使凝胶的骨架塌陷,导致凝胶收缩成较小体积的硬团聚物,使得最终生成颗粒较大的粉体。而且随着干燥的进行,有机溶剂的挥发越来越缓慢,因此就造成粉体的干燥周期长,按照传统的干燥方法,粉体干燥时间半年以上,得到的是硬膏状的团聚物。

发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺简单、成本低、制备过程便于操作和控制的快速制备Caa4Sra6Bi4Ti4O15粉体的方法。快速获得颗粒度小,分散性优良的超细粉体。本发明的目的是采用下述技术方案实现的化学式为Qia4Sra6Bi4Ti4O15的钙钛矿结构多晶纳米粉体快速制备方法,以乙酰丙酮、钛酸四丁酯、醋酸锶、硝酸铋、硝酸钙、乙二醇为原料,采用溶胶-凝胶法合成,具体步骤如下
(1)以钛酸四丁酯和乙酰丙酮按照体积比为1:1的比例配制A溶液乙酰丙酮缓缓滴入钛酸四丁酯溶液中,将混合后盛溶液的容器置于0°C的冰水中,并不断的搅拌混合液;将混合好的溶液继续搅拌12h,得到澄清黄褐色透明的A溶液;
(2)按照77g硝酸铋、5g醋酸锶、3.5g硝酸钙加入到IOOml溶剂乙二醇的比例配置B溶液硝酸铋、醋酸锶和硝酸钙加入乙二醇后,搅拌12h,得到澄清透明的B溶液;
(3)将B溶液缓缓加入同样体积的A溶液中,同时利用盐酸调节pH值,使溶液的pH=3; 将混合后的溶液充分搅拌48h,得到淡黄色的溶液C ;(4)将溶液C置于真空干燥箱中干燥,干燥温度为60—80°C ;
(5)将干燥得到的凝胶在马弗炉中点燃,同时通入纯氧,制得完全燃烧的淡黄色粉体。凝胶是含有大量有机物的粘稠状的固体,在较低的温度下可以自蔓延燃烧,在燃烧过程中会产生大量的气体,使胶体体积膨胀,破坏硬团聚的形成条件一氢键的产生,因此粉体具有比较好的分散性,疏松多空,粒度比较细。另外,反应是在低温下进行,避免了高温杂相的出现,因而产物的纯度较高。“将干凝胶粉体置于电阻炉中缓慢升温到800°C下保温Ih得到CSBT-0. 4超细粉体”是一种传统的制备陶瓷粉体的方法,在缓慢的升温过程中,颗粒之间进行的反应比较充分,晶粒完全完成了传质和长大的过程,因此晶粒长的比较大,可以形成比较大的晶粒,因此得到的粉体的颗粒比较大,而且容易形成硬团聚的颗粒。另外如果保温时间比较短的话, 得到的粉体反应不充分,直接影响到下一步所制备的陶瓷的各种性能。所述步骤(3)中在混合后的溶液中加入PVP (聚乙烯基吡咯烷酮),以增加溶液的稳定性。所述步骤(4)为在真空度1x10-41^的真空干燥箱中干燥72h。所述步骤(5)中在马弗炉中点燃的温度为100°C。本发明的有益效果是本发明的溶胶-凝胶方法可以直接快速制得具有钙钛矿结构的高纯、超细粉体,该粉体的颗粒尺寸介于1 一 IOMffl之间,颗粒形貌近似于球形,尺寸分布范围窄、成分均勻,为制备可用于制造微电子机械系统(MEMS)中的压电陶瓷马达打下了良好的基础。


图1为实施例1粉体的XRD物相分析;
图2为实施例1干燥得到的疏松多空的粉体照片; 图3为用实施例1粉体所制备粉体的激光粒度分析; 图4为实施例2粉体所制备粉体的激光粒度分析; 图5为实施例3粉体所制备粉体的激光粒度分析。
具体实施例方式实施例1
化学式为Qia4Sra6Bi4Ti4O15的钙钛矿结构多晶纳米粉体快速制备方法,具体步骤如

(1)以钛酸四丁酯和乙酰丙酮按照体积比为1 1的比例配制A溶液取50ml钛酸四丁酯,以50ml乙酰丙酮作为螯合剂,用移液管将50ml乙酰丙酮缓缓滴入钛酸四丁酯溶液中, 同时为了保持溶液的温度恒定,将混合后盛溶液的烧杯放在0°C的冰水中,并不断的搅拌混合液,防止在螯合过程中产生的热量使混合液水化;将混合好的溶液在磁力搅拌器上充分搅拌12h,得到澄清黄褐色透明的A溶液;
(2)称取77g硝酸铋、5g醋酸锶、3.5g硝酸钙加入到IOOml的溶剂乙二醇中,在磁力搅拌器上搅拌12h,得到澄清透明的B溶液;
(3)将B溶液缓缓加入A溶液中,同时利用盐酸调节pH值,使溶液的pH=3,将混合后的溶液加入PVP (聚乙烯基吡咯烷酮),充分搅拌48h,得到淡黄色的溶液C ;
(4)将混合好的溶液C倒入搪瓷盘容器中,放入真空度为IxlO-4Pa的真空干燥箱中干燥72h,干燥温度为60°C,直至形成疏松多孔的粉体;
(5)将干燥得到的凝胶在马弗炉中点燃,点燃温度为100°C,同时通入纯氧,取最终的淡黄色的粉体。实施例2:
步骤(4)干燥温度为70°C,其余条件同实施例1。实施例3:
步骤(4)干燥温度为80°C,其余条件同实施例1。本发明未经描述的技术特征均可以通过现有技术实现,在此不再赘述。当然,上述说明并非是对本发明的限制,本发明也并不仅限于上述举例,本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换,也应属于本发明的保护范围。
权利要求
1.化学式为Qia4Sra6Bi4Ti4O15的钙钛矿结构多晶纳米粉体快速制备方法,其特征在于具体步骤如下(1)以钛酸四丁酯和乙酰丙酮按照体积比为1:1的比例配制A溶液乙酰丙酮缓缓滴入钛酸四丁酯溶液中,将混合后盛溶液的容器置于0°C的冰水中,并不断的搅拌混合液;将混合好的溶液继续搅拌12h,得到澄清黄褐色透明的A溶液;(2)按照77g硝酸铋、5g醋酸锶、3.5g硝酸钙加入到IOOml溶剂乙二醇的比例配置B溶液硝酸铋、醋酸锶和硝酸钙加入乙二醇后,搅拌12h,得到澄清透明的B溶液;(3)将B溶液缓缓加入同样体积的A溶液中,同时利用盐酸调节pH值,使溶液的pH=3; 将混合后的溶液充分搅拌48h,得到淡黄色的溶液C ;(4)将溶液C置于真空干燥箱中干燥,干燥温度为60—80°C ;(5)将干燥得到的凝胶在马弗炉中点燃,同时通入纯氧,制得完全燃烧的淡黄色粉体。
2.根据权利要求1所述的化学式为Caa4Sra6Bi4Ti4O15的钙钛矿结构多晶纳米粉体快速制备方法,其特征在于所述步骤(3)中在混合后的溶液中加入PVP(聚乙烯基吡咯烷酮)。
3.根据权利要求1或2所述的化学式为Caa4Sra6Bi4Ti4O15的钙钛矿结构多晶纳米粉体快速制备方法,其特征在于所述步骤(4)为在真空度IxlO-4Pa的真空干燥箱中干燥72h。
4.根据权利要求1或2所述的化学式为Caa4Sra6Bi4Ti4O15的钙钛矿结构多晶纳米粉体快速制备方法,其特征在于所述步骤(5)中在马弗炉中点燃的温度为100°C。
5.根据权利要求1所述的一种快速制备Qia4Sra6Bi4Ti4O15粉体的方法,其特征在于所述点燃凝胶以后,通入大量的纯氧,使其燃烧充分。
全文摘要
本发明涉及一种钙钛矿结构多晶纳米粉体的制备,具体为一种化学式为Ca0.4Sr0.6Bi4Ti4O15的钙钛矿结构多晶纳米粉体快速制备方法。其目的在于提供一种工艺简单、成本低、制备过程便于操作和控制的快速制备Ca0.4Sr0.6Bi4Ti4O15粉体的方法。本发明的目的是采用下述技术方案实现的以乙酰丙酮、钛酸四丁酯、醋酸锶、硝酸铋、硝酸钙、乙二醇为原料,采用溶胶-凝胶法合成。本发明的有益效果是直接快速制得具有钙钛矿结构的高纯、超细粉体,该粉体的颗粒尺寸介于1-10μm之间,颗粒形貌近似于球形,尺寸分布范围窄、成分均匀。
文档编号B82Y40/00GK102267721SQ201110089170
公开日2011年12月7日 申请日期2011年4月11日 优先权日2011年4月11日
发明者张丰庆, 王营营, 田清波, 范素华, 董蓬超, 陈杨 申请人:山东建筑大学


购买说明
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