專利名稱：納米鈦酸鉍及其固溶體制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米鈦酸鉍及其固溶體的制備方法。
鈦酸鉍(Bi4Ti3O12)是一種優(yōu)良的鐵電材料，當(dāng)其中的鉍離子部分被鈉等離子替代后具有反鐵電性。鈦酸鉍可以用來制做壓電陶瓷，介電陶瓷，鐵電和反鐵電陶瓷的高溫儲能材料，以及紅外探測材料等。
1993年W.J等人在該年第63期的《應(yīng)用物理快報(bào)》上公開了一種用濺射法在熱的基片上生長成鈦酸鉍膜的方法；G.A Smolenskii，T.Takenaka，M.S.Hagiyer等人使用固相反應(yīng)法將Na2CO3，TiO2，Bi2O3按一定的摩爾比混合后于750℃在空氣中煅燒2小時，得到Bi0.5Na0.5TiO3固溶體，其晶粒尺寸為0.5～2μm的粗晶；也有人將Bi2O2和TiO2按一定摩爾比在1100℃煅燒8小時，然后緩冷(20℃/h)形成Bi4Ti3O12粗晶材料，通過添加PbTiO3，BaTiO3，SrTiO3，La2O3，K2CO3等可以改變其鐵電居里點(diǎn)或介電常數(shù)等物理性能。傳統(tǒng)也有用溶膠凝膠法的。但以上這些方法的缺點(diǎn)是用濺射法只能制備成膜，不能大批量生產(chǎn)應(yīng)用；用固相法需要高溫煅燒，且成本高，制備出的材料是微米級的；用溶膠凝膠法，反應(yīng)時間長，雖能制備出納米微粒，但成本高，產(chǎn)率低。
本發(fā)明的目的，是提供一種制備工藝簡單，制備出的納米顆粒均勻細(xì)小的鈦酸鉍及其固溶體的方法。
本發(fā)明的目的是這樣達(dá)到的，即用化學(xué)共沉淀法制備鈦酸鉍及其固溶體。其中Bi3+可以被Pb2+、Sr2+、Ba2+、La3+、Na+、K+和Li+離子部分或全部替代。
本發(fā)明方法是將偏鈦酸(H2TiO3)和過氧化氫(H2O2)按1∶4～30摩爾比混合后，用適量的堿性溶液調(diào)整其PH值為8～12，在0～30℃水浴中使之滴加該黃色澄清溶液，至溶液由無色變成血紅色再至無色時為止。等反應(yīng)結(jié)束后，過濾、洗滌、干燥沉淀物，于480℃～800℃不同溫度煅燒1h，得到粒徑為5nm～110nm的Bi4Ti3O12顆粒。
2.納米鈦酸鉍、鈉(BiNaTiO4)的制備量取0.2MBi(NO3)3和NaNO3溶液各312.5ml，放入2000ml的大燒杯中，以每秒±10滴的速度，滴加0.2M偏鈦酸澄清溶液(此基本溶液的配制同實(shí)施例1)，至反應(yīng)無氣泡放出為止，停止滴加0.2M偏鈦酸澄清溶液，等反應(yīng)結(jié)束后，過濾、洗滌、干燥所得到的沉淀物，分別在350℃、520℃、560℃、630℃不同溫度下煅燒1h，發(fā)現(xiàn)在350℃時為非晶，520℃時為59nm顆粒膜內(nèi)含有3nm的小顆粒，630℃為60nm大顆粒內(nèi)嵌有3～5nm小顆粒。
3.鈦酸鉍鈉鉀(BiNa0.8K0.2TiO4)固溶體的制備量取0.2MBi(NO3)3)溶液為312.4ml，0.2MNaNO3溶液250ml，0.2MKNO3溶液為62.5ml，放入2000ml的大燒杯中，用磁力攪拌器混合均勻后，以每秒±10滴速度滴加0.2M偏鈦酸澄清溶液(此基本溶液的配制同實(shí)施例1)，溶液由無色變成血紅色，然后漸漸變淺，最后有大量的氣泡放出，等無明顯氣泡放出為止，停止滴加偏鈦酸溶液，將沉淀物過濾、洗滌、干燥，于560℃煅燒1小時，得到粒徑約為46nm顆粒膜內(nèi)包有3～5nm小顆粒。
4.鈦酸鉍鈉鉛鍶鋇(Bi0.8Pb0.08Ba0.05Sr0.07Na1.2TiO4)固溶體制備量取0.2MBi(NO3)3溶液250ml，0.2MPb(NO3)2溶液25ml，0.2MBa(NO3)2溶液15.6ml，0.2MSr(NO3)2溶液21.9ml，0.2MNaNO3溶液375ml，用磁力攪拌器混合均勻后，以每秒±10滴速度滴加0.2M澄清的偏鈦酸溶液(此基本溶液的配制同實(shí)施例1)，溶液開始由無色逐漸變成血紅色，然后變淺，最后有大量氣泡放出，等無明顯氣泡放出時為至，停止滴加，然后過濾、洗滌、干燥沉淀物，于560℃煅燒1小時，得到粒徑為3nm小顆粒嵌于52nm大顆粒內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種納米鈦酸鉍及其固溶體制備方法，其特征是，將偏鈦酸(H2TiO3)和過氧化氫(H2O2)按1∶4～30摩爾比混合后，用適量的堿性溶液調(diào)整其PH值為8～12，在0～30℃水浴中使之充分溶解后，加入到與之等化學(xué)當(dāng)量的可溶性三價鉍鹽(Bi2+)，或可溶性三價鉍鹽與可溶性鉛鹽(Pb2+)、鍶鹽(Sr2+)、鋇鹽(Ba2+)、鑭鹽(La2+)、鈉鹽(Na+)、鉀鹽(K+)、鋰鹽(Li+)的一種或多種混合物溶液，等反應(yīng)結(jié)束后，抽濾、洗滌、干燥所得沉淀物，在300℃～900℃不同溫度煅燒1～2小時，得到不同粒徑的非晶或晶態(tài)的納米顆粒。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述可溶性三價鉍鹽(Bi3+)可以是Bi(NO3)3、BiCl3、Bi2(SO4)3等。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是納米鈦酸鉍Bi4Ti3O12的制備稱取12.2克偏鈦酸(H2TiO3)放入2000ml大燒杯中，加入50ml濃度為25％的氨水，放在28℃的水浴中，緩緩加入濃度為30％過氧化氫(H2O2)液150ml，用磁力攪拌器迅速攪拌，等其溶解后加入400ml去離子水稀釋，用磁力攪拌器混和均勻，得到橙黃色澄清溶液(基本溶液)，然后再將三氧化二鉍(Bi2O3)用熱的硝酸(HNO3)溶液溶解后，用去離子水配成0.2M的溶液；量取該溶液334ml，加入0.1～3％的分散劑(也可以不加)；然后用分液漏斗滴加該黃色澄清溶液，至溶液由無色變成血紅色再至無色時為止；等反應(yīng)結(jié)束后，過濾、洗滌、干燥沉淀物，于480℃～800℃不同溫度煅燒1h，得到粒徑為5nm～110nm的Bi4Ti3O12顆粒。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征是，所述分散劑可以是2％聚乙烯醇或聚乙烯丁二醇等。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是納米鈦酸鉍鈉(BiNaTiO4)固溶體的制備，是量取0.2MBi(NO3)3和NaNO3溶液各312.5ml，放入2000ml的大燒杯中，以每秒±10滴的速度，滴加0.2M偏鈦酸澄清溶液(此基本溶液的配制同實(shí)施例1)，至反應(yīng)無氣泡放出為止，停止滴加0.2M偏鈦酸澄清溶液。等反應(yīng)結(jié)束后，過濾、洗滌、干燥所得到的沉淀物，分別在350℃、520℃、560℃、630℃不同溫度下煅燒1h，在350℃時生成物為非晶，520℃時生成物為59nm顆粒膜內(nèi)含有3nm的小顆粒，630℃時生成物為60nm大顆粒內(nèi)嵌有3～5nm小顆粒。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是鈦酸鉍鈉鉀(BiNa0.8K0.2TiO4)固溶體的制備，量取0.2M的Bi(NO3)3溶液為312.5ml，0.2M的NaNO3溶液250ml，0.2M的KNO3溶液為62.5ml，放入2000ml的大燒杯中，用磁力攪拌器混合均勻后，以每秒±10滴速度滴加0.2M偏鈦酸澄清溶液(此基本溶液的配制同實(shí)施例1)，溶液由無色變成血紅色，然后漸漸變淺，最后有大量的氣泡放出，等無明顯氣泡放出為止，停止滴加偏鈦酸溶液，將沉淀物過濾、洗滌、干燥，于560℃煅燒1小時，得到粒徑為46nm顆粒膜內(nèi)包有3～5nm小顆粒。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是鈦酸鉍鈉鉛鍶鋇(Bi0.8Pb0.08Ba0.05Sr0.07Na1.2TiO4)固溶體制備，量取0.2MBi(NO3)3溶液250ml，0.2MPb(NO3)2溶液25ml，0.2MBa(NO3)2溶液15.6ml，0.2M的Sr(NO3)2溶液21.9ml，0.2MNaNO3溶液375ml，用磁力攪拌器混合均勻后，以每秒±10滴速度滴加0.2M澄清的偏鈦酸溶液(此基本溶液的配制同實(shí)施例1)，溶液開始由無色逐漸變成血紅色，然后變淺，最后有大量氣泡放出，等無明顯氣泡放出時為至，停止滴加，然后過濾、洗滌、干燥沉淀物，于560℃煅燒1小時，得到粒徑為3nm小顆粒嵌于52nm大顆粒內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用化學(xué)共沉淀法制備鈦酸鉍及其固溶體的方法。即將偏鈦酸和過氧化氫混合后,用堿性溶液使之溶解,加入與之等化學(xué)當(dāng)量的可溶性三價鉍鹽或可溶性三價鉍鹽與含有Pb
文檔編號C04B35/462GK1171369SQ9710702
公開日1998年1月28日 申請日期1997年6月26日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月26日
發(fā)明者江安全, 李廣海, 張立德 申請人:中國科學(xué)院固體物理研究所