專利名稱：一種單分散鈦酸鋇多面體納米顆粒的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機納米材料的鈦酸鋇，具體涉及一種單分散鈦酸鋇多面體納 米顆粒的合成方法。
背景技術(shù)：
鈦酸鋇(BaTi03)是鈦酸鋇基介質(zhì)材料的主要原料，由于其具有高介電常數(shù)和 低介電損耗等優(yōu)越的介電性能，同時四方相鈦酸鋇還具有鐵電和壓電性能，鈦 酸鋇粉體作為介電陶瓷[陶瓷電容器，尤其是多層片式陶瓷電容器(MLCC)]、 壓電陶瓷和PTC半導(dǎo)體陶瓷等特種陶瓷的原料，在電子元器件方面具有廣泛的 用途，因此被譽為"電子工業(yè)的支柱"。
目前國內(nèi)外制備鈦酸鋇的主要方法，從總體上可分為固相反應(yīng)法、液相合
成法.固相反應(yīng)法是傳統(tǒng)的方法，也是當前工業(yè)上生產(chǎn)鈦酸鋇粉體的重要方法。 液相合成法可制備高純鈦酸鋇粉體，通常認為在制備超細鈦酸鋇粉體時比固相 反應(yīng)法好。但有些工藝還需要改進。固相反應(yīng)法包括固相反應(yīng)傳統(tǒng)工藝、自蔓 延式燃燒合成法、低溫燃燒合成法、熔鹽法；液相法包括沉淀法，溶膠凝膠 法，水熱法等。采用固相法制備需在高溫條件下長時間陪燒，晶粒粗大，研磨 易混入雜質(zhì)，不能滿足高性能、小型化的現(xiàn)代電子元件的研制和生產(chǎn)需要，對 擴大應(yīng)用范圍有極大影響；沉淀法利用了液相反應(yīng)能達到分子或原子尺度混合 的優(yōu)點，但其首先生成的是前驅(qū)體，后期處理需要經(jīng)過長時間的高溫鍛燒，因 此也存在晶粒粗大的缺點:So1-Gel法使用原料價格昂貴，生產(chǎn)鈦酸鋇所需要的 成本高;其中水熱法合成鈦酸鋇粉體已成了空前的研究熱點。與其他濕化學(xué)法相 比較，水熱法可合成純度高、形貌可控、結(jié)晶完整、團聚少，毋需高溫煅燒處 理，避免了煅燒過程中造成的晶粒長大、雜質(zhì)引入和團聚等缺陷、同時介電常數(shù)高、耐電強度高和性價比高的鈦酸鋇粉體材料，可以直接用于生產(chǎn)。當前利
用水熱反應(yīng)來制備多面體鈦酸鋇納米顆粒還未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種單分散鈦酸鋇多面 體納米顆粒的合成方法，所得鈦酸鋇為立方相型，其顆粒形貌為立方體，十二 面體，或者類似于二者的多面體，其顆粒形貌和尺寸可通過反應(yīng)條件來控制。
本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)
一種單分散鈦酸鋇多面體納米顆粒的合成方法該方法是將鈦酸四丁酯滴
入表面活性劑中，鈦酸四丁酯在混合后的溶液中的摩爾濃度為0.01 1.0mol/L，
攪拌至混合均勻，形成溶液A;將氫氧化鋇和去離子水攪拌混合均勻，形成溶
液B，氫氧化鋇的濃度控制在0.01-1.0 mol/L;將溶液A和溶液B混合攪拌均勻， A和B兩者的比例控制在9:1到1:9，再加入氫氧化鈉，氫氧化鈉的濃度控制在 0.2-2.0mol/l，在溫度為100 240。C條件下水熱反應(yīng)5 120h，得到納米鈦酸鋇多 面體顆粒；所述的表面活性劑為醇類表面活性劑。
為進一步實現(xiàn)本發(fā)明的目的，所述水熱反應(yīng)是在帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高 壓釜中進行。
所述水熱反應(yīng)的溫度優(yōu)選180~220°C。
所述的水熱反應(yīng)要選擇合適的表面活性劑如乙醇、聚乙二醇或者辛醇等。 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和有益效果
(1) 本發(fā)明采用水熱法合成納米鈦酸鋇多面體納米顆粒，與其它方法相比 具有環(huán)境友好、低溫、不需煅燒可在溶液中直接得到產(chǎn)物等優(yōu)點。
(2) 本發(fā)明所得鈦酸鋇多面體納米顆粒為立方相，由于使用表面活性劑， 顆粒形貌呈多面體，顆粒尺寸可控，尺寸均勻，分散性好，使用時無需進一步 表面處理。


圖1為本發(fā)明實驗例1~6所制備的鈦酸鋇多面體納米顆粒的XRD圖。 圖2為本發(fā)明實施例1所制備的鈦酸鋇多面體納米顆粒的掃描電鏡照片。 圖3為本發(fā)明實施例2所制備的鈦酸鋇多面體納米顆粒的掃描電鏡照片。 圖4為本發(fā)明實施例3所制備的鈦酸鋇多面體納米顆粒的掃描電鏡照片。
具體實施例方式
為更好理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步地詳細說明，但是 本發(fā)明要求保護的范圍并不局限于實例表示的范圍。 實施例l
將鈦酸四丁酯緩慢滴入5ml乙醇中，鈦酸四丁酯在混合后的溶液中的摩爾濃 度為0.08mol/L，攪拌至混合均勻，形成溶液A。將氫氧化鋇和去離子水攪拌混 合均勻，形成溶液B，氫氧化鋇在溶液B中的濃度控制在0.10mol/L。將溶液A 和溶液B兩溶液迅速混合攪拌均勻，溶液A和溶液B兩者的比例控制在1: 1 (體積比)，再加入氫氧化鈉形成混合液，氫氧化鈉在混合液中的濃度控制在 0.2mol/l，在溫度為100°C條件下水熱反應(yīng)120h，即可得到鈦酸鋇立方體納米顆 粒。產(chǎn)品的XRD衍射峰如圖1中曲線l所示；形貌如圖2所示。(產(chǎn)品的XRD 測試是在Rigaku D/MAX 2200 VPC進行，SEM是在FEI Quanta 400熱場發(fā)射環(huán) 境掃描電鏡中進行。)如圖1中曲線1所示，所有衍射峰都能與底部的立方相 BaTio3的標準峰相對應(yīng)，由此可知所得BaTi03顆粒為純的立方相型結(jié)構(gòu)。如圖 2的SEM照片，可以看出顆粒是立方體，顆粒尺寸約為70nm。
實施例2
將鈦酸四丁酯緩慢滴入5ml聚乙二醇(平均分子量200)中，鈦酸四丁酯在 混合后的溶液中的摩爾濃度為0.10mol/L，攪拌至混合均勻，形成溶液A。將氫 氧化鋇和去離子水攪拌混合均勻，形成溶液B，氫氧化鋇在溶液B中的濃度控制在0.13molTL。將溶液A和溶液B兩溶液迅速混合攪拌均勻，溶液A和溶液B 兩者的比例控制在2: 1 (體積比)，再加入氫氧化鈉形成混合液，氫氧化鈉在混 合液中的的濃度控制在1.0mo1/1，在溫度為240°C條件下水熱反應(yīng)12h，即可得 到鈦酸鋇十二面體納米顆粒。產(chǎn)品的XRD衍射峰如圖1中曲線2所示、形貌如 圖3所示。如圖1中曲線2所示，所有衍射峰都能與底部的立方相BaTio3的標 準峰相對應(yīng)，由此可知所得BaTi03顆粒為純的立方相型結(jié)構(gòu)。如圖3的SEM 照片，可以看出顆粒是十二面體，顆粒尺寸約為60nm. 實施例3
將鈦酸四丁酯緩慢滴入5ml辛醇中，鈦酸四丁酯在混合后的溶液中的摩爾濃 度為0.01mol/L，攪拌至混合均勻，形成溶液A。將氫氧化鋇和去離子水攪拌混 合均勻，形成溶液B，氫氧化鋇在溶液B中的濃度控制在0.02mol/L。將溶液A 和溶液B兩溶液迅速混合攪拌均勻，溶液A和溶液B兩者的比例控制在1: 9 (體積比)，再加入氫氧化鈉形成混合液，氫氧化鈉在混合液中的濃度控制在 0.2mol/l，在溫度為240°C條件下水熱反應(yīng)5 h，即可得到鈦酸鋇多面體納米顆 粒。產(chǎn)品的XRD衍射峰如圖1中曲線3所示、形貌如圖4所示。如圖l中曲線 3所示，所有衍射峰都能與底部的立方相BaTio3的標準峰相對應(yīng)，由此可知所 得BaTi03顆粒為純的立方相型結(jié)構(gòu)。如圖4的SEM照片，可以看出顆粒是介 于立方體和十二面體之間的多面體，顆粒尺寸約為80nm.
實施例4
將鈦酸四丁酯緩慢滴入5ml乙醇中，鈦酸四丁酯在混合后的溶液中的摩爾濃 度為l.O mol/L，攪拌至混合均勻，形成溶液A。將氫氧化鋇和去離子水攪拌混 合均勻，形成溶液B，氫氧化鋇在溶液B中的濃度控制在1.2mol/L。將溶液A 和溶液B兩溶液迅速混合攪拌均勻，溶液A和溶液B兩者的比例控制在1: 1(體積比)，再加入氫氧化鈉形成混合液，氫氧化鈉在混合液中的濃度控制在
2.0mol/l，在溫度為200°C條件下水熱反應(yīng)24h，即可得到鈦酸鋇立方體納米顆 粒。產(chǎn)品的XRD衍射峰如圖1中曲線4所示；形貌類似圖2。如圖1中曲線4 所示，所有衍射峰都能與底部的立方相BaTio3的標準峰相對應(yīng)，由此可知所得 BaTi03顆粒為純的立方相型結(jié)構(gòu)。 實施例5
將鈦酸四丁酯緩慢滴入5ml聚乙二醇(平均分子量200)中，鈦酸四丁酯在 混合后的溶液中的摩爾濃度為0.01mol/L，攪拌至混合均勻，形成溶液A。將氫 氧化鋇和去離子水攪拌混合均勻，形成溶液B，氫氧化鋇在溶液B中的濃度控 制在0.01mol/L。將溶液A和溶液B兩溶液迅速混合攪拌均勻，溶液A和溶液B 兩者的比例控制在9: 1 (體積比)，再加入氫氧化鈉形成混合液，氫氧化鈉在混 合液中的濃度控制在2.0mo1/1,在溫度為180。C條件下水熱反應(yīng)10h，即可得到 鈦酸鋇十二面體納米顆粒。產(chǎn)品的XRD衍射峰如圖1中曲線5所示，形貌類似 圖3。如圖1中曲線2所示，所有衍射峰都能與底部的立方相BaTio3的標準峰 相對應(yīng)，由此可知所得BaTi03顆粒為純的立方相型結(jié)構(gòu)。 實施例6
將鈦酸四丁酯緩慢滴入5ml正己醇中，鈦酸四丁酯在混合后的溶液中的摩爾 濃度為0。50mol/L，攪拌至混合均勻，形成溶液A.將氫氧化鋇和去離子水攪拌混 合均勻，形成溶液B，氫氧化鋇在溶液B中的濃度控制在0.60mol/L.將溶液A 和溶液B兩溶液迅速混合攪拌均勻，溶液A和溶液B兩者的比例控制在1: 3 (體積比)，再加入氫氧化鈉形成混合液，氫氧化鈉在混合液中的濃度控制在 2,0mol/l，在溫度為200°C條件下水熱反應(yīng)36h，即可得到鈦酸鋇多面體納米顆 粒。產(chǎn)品的XRD衍射峰如圖1中曲線6所示，形貌類似圖4。
權(quán)利要求
1、一種單分散鈦酸鋇多面體納米顆粒的合成方法，其特征在于將鈦酸四丁酯滴入表面活性劑中，鈦酸四丁酯在混合后的溶液中的摩爾濃度為0.01～1.0mol/L，攪拌至混合均勻，形成溶液A；將氫氧化鋇和去離子水攪拌混合均勻，形成溶液B，氫氧化鋇在溶液B中的濃度為0.01～1.2mol/L；將溶液A和溶液B混合攪拌均勻，溶液A和溶液B的體積比為9∶1-1∶9，再加入氫氧化鈉形成混合物，氫氧化鈉在混合物中的濃度控制在0.2-2.0mol/l，在溫度為100～240℃條件下水熱反應(yīng)5～120h，得到納米鈦酸鋇多面體顆粒；所述的表面活性劑為醇類表面活性劑。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單分散鈦酸鋇多面體納米顆粒的合成方法，其特 征在于所述的醇類表面活性劑為乙醇、聚乙二醇或辛醇。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單分散鈦酸鋇多面體納米顆粒的合成方法，其特 征在于所述納米鈦酸鋇多面體顆粒的形貌類似于立方體或十二面體。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單分散鈦酸鋇多面體納米顆粒的合成方法，其特 征在于所述水熱反應(yīng)是在帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中進行。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單分散鈦酸鋇多面體納米顆粒的合成方法，其特 征在于所述水熱反應(yīng)的溫度為180~220°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單分散鈦酸鋇多面體納米顆粒的合成方法。該方法是將鈦酸四丁酯滴入醇類表面活性劑中，混合均勻，形成溶液A；將氫氧化鋇和去離子水攪拌混合均勻，形成溶液B；將溶液A和溶液B混合攪拌均勻，溶液A和溶液B體積比為9∶1～1∶9，再加入氫氧化鈉，在溫度為100～240℃條件下水熱反應(yīng)5～120h，得到納米鈦酸鋇多面體顆粒。本發(fā)明采用水熱法合成鈦酸鋇多面體納米顆粒，合成方法簡單，與其它濕化學(xué)方法相比具有環(huán)境友好、低溫、不需煅燒等優(yōu)點。該方法所得鈦酸鋇多面體顆粒純度高，顆粒尺寸可控、均勻，分散性好，使用時無需進一步表面處理。
文檔編號C01G23/00GK101602522SQ20091004112
公開日2009年12月16日 申請日期2009年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月15日
發(fā)明者傅俊祥, 吳明娒, 展紅全, 莊健樂, 扶雄輝, 文玉萍, 楊賢鋒 申請人:中山大學(xué)