水熱法制備二鈦酸鋇的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鐵電材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種在b軸方向具有較大介電常數(shù)的鐵電材料二鈦酸鋇的水熱制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鐵電性是1920年，由法國(guó)人Valasek在羅息鹽(酒石酸鉀鈉，NaKC4H4O6.4Η20)中發(fā)現(xiàn)的。具有鐵電性的材料的晶體結(jié)構(gòu)在不加外電場(chǎng)時(shí)就具有自發(fā)極化現(xiàn)象，而且其極化方向會(huì)隨著外部電場(chǎng)方向的變化而變化。鐵電材料的晶體結(jié)構(gòu)會(huì)在某個(gè)溫度發(fā)生改變，由鐵電相轉(zhuǎn)變?yōu)轫橂娤?，因此可以?yīng)用在鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器中，使結(jié)構(gòu)發(fā)生突變的溫度稱為居里溫度。
[0003]研宄已經(jīng)非常成熟的BaT13基無(wú)鉛壓電陶瓷是BaO-T12體系中的一種化合物，對(duì)環(huán)境友好且具有較高的介電常數(shù)，然而其低的居里溫度限制了它的應(yīng)用。二鈦酸鋇的鐵電性在近幾年被發(fā)現(xiàn)，其空間群為低對(duì)稱性的C2，在b軸方向的介電常數(shù)是BaT1j^ 2?3倍，而且居里溫度為380-470°C，具有良好的應(yīng)用前景。但是二鈦酸鋇只在1220-1230°C是熱力學(xué)穩(wěn)定的，其他溫度下都是亞穩(wěn)定狀態(tài)，因此制備二鈦酸鋇純相具有一定的困難。
[0004]目前的已知的制備二鈦酸鋇的方法中，有熔鹽法、固相反應(yīng)法、溶膠凝膠法、激光化學(xué)氣相沉積、放電等離子燒結(jié)、浮區(qū)法等。2006年發(fā)表的利用兩步水熱法制備二鈦酸鋇的文獻(xiàn)Wang L, Li G, Zhang Z.Synthesis of nanobelts [J].Materials Research Bulletin，2006,41 (4):842-846所制備得到的材料根據(jù)該文中所示X射線衍射圖譜實(shí)際并非是二鈦酸鋇。因此至今還沒(méi)有利用水熱法成功的制備二鈦酸鋇相的相關(guān)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種新的利用水熱法制備二鈦酸鋇的制備方法。本制備方法以水熱合成為主要步驟，所用設(shè)備簡(jiǎn)單，成本較低廉，可合成出二鈦酸鋇粉體，并以此可進(jìn)一步燒結(jié)成二鈦酸鋇鐵電陶瓷。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:水熱法制備二鈦酸鋇的方法，包括有以下步驟:
[0007]I)將一水合氫氧化鋇和氫氧化鈉在去離子水中混合，充分?jǐn)嚢韬蟮玫交旌先芤?；所述一水合氫氧化鋇和氫氧化鈉的摩爾比為1:6?10 ;
[0008]2)在真空手套箱中，將四氯化鈦滴加到步驟I)所述的混合溶液中得到反應(yīng)溶液；所述一水合氫氧化鋇和四氯化鈦的摩爾比為1: 1.8?2.1 ;
[0009]3)將所述配置好的反應(yīng)溶液加入到聚四氟乙烯內(nèi)襯中，再將內(nèi)襯放入到水熱反應(yīng)Il進(jìn)行反應(yīng)；
[0010]4)將所述反應(yīng)后得到的產(chǎn)物離心清洗、干燥，得到前驅(qū)體；
[0011]5)將所述的前驅(qū)體在馬弗爐中熱處理，得到具有較高居里溫度的鐵電材料二鈦酸鋇。
[0012]按上述方案，步驟2)調(diào)節(jié)所述反應(yīng)溶液的pH值為11-14。
[0013]按上述方案，步驟3)所述聚四氟乙烯內(nèi)襯中的填充度為70%-80%。
[0014]按上述方案，所述水熱反應(yīng)的溫度為160?240°C，所述水熱反應(yīng)的時(shí)間為18?72小時(shí)。
[0015]按上述方案，所述熱處理的溫度為900?1200°C，所述熱處理的時(shí)間為3?6小時(shí)。
[0016]本發(fā)明制備二鈦酸鋇的工藝流程主要包括水熱反應(yīng)和熱處理，在水熱反應(yīng)過(guò)程中，鈦離子(Ti4+)、鋇離子(Ba2+)、以及溶液中的氫氧根離子(OH_)發(fā)生反應(yīng)，生成富鈦的非晶相。由于鋇/鈦摩爾比控制在1:2附近，因此會(huì)形成二鈦酸鋇的晶核。在隨后的熱處理過(guò)程中，二鈦酸鋇的晶核經(jīng)過(guò)形核和長(zhǎng)大過(guò)程，結(jié)晶成二鈦酸鋇晶相。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:提供了一種新的利用水熱法制備二鈦酸鋇的制備方法，能獲得較純的二鈦酸鋇粉體，并能以此進(jìn)一步通過(guò)燒結(jié)制備出二鈦酸鋇陶瓷。本發(fā)明不需很高的壓力，所用設(shè)備簡(jiǎn)單，成本較低廉，可應(yīng)用于二鈦酸鋇粉體和陶瓷的制備。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1提供的鐵電材料的X射線衍射圖；
[0019]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1提供的鐵電材料的介電性能測(cè)試圖；
[0020]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1提供的鐵電材料的掃描電鏡圖；
[0021]圖4為本發(fā)明實(shí)施例2提供的鐵電材料的X射線衍射圖；
[0022]圖5為本發(fā)明實(shí)施例3提供的鐵電材料的X射線衍射圖；
[0023]圖6為本發(fā)明實(shí)施例4提供的鐵電材料的X射線衍射圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本發(fā)明中所用化學(xué)原料均為市售藥品，本發(fā)明首先將一水合氫氧化鋇和氫氧化鈉在去離子水中混合，所述一水合氫氧化鋇和氫氧化鈉的摩爾比為l:x，所述X滿足以下條件:6〈X〈10，優(yōu)選為7<x<9。向上述溶液中加入四氯化鈦，得到反應(yīng)溶液。在本發(fā)明中，所述四氯化鈦在真空手套箱中量取、滴加和攪拌，進(jìn)而抑制了四氯化鈦的水解。本發(fā)明中，所述一水合氫氧化鋇和四氯化鈦的摩爾比優(yōu)選為1: 1.8?2.1。得到反應(yīng)溶液后，將其加入到聚四氟乙烯內(nèi)襯中，填充度優(yōu)選為70%?80%。所述反應(yīng)溶液需用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值，優(yōu)選為11?14。再將所述聚四氟乙烯內(nèi)襯放入水熱反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)，所述水熱反應(yīng)的溫度優(yōu)選為160?240 °C，更優(yōu)選為170?230°C，最優(yōu)選為180?220°C，所述水熱反應(yīng)的時(shí)間優(yōu)選為18?72小時(shí)，更優(yōu)選為30?48小時(shí)。水熱反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物離心清洗6?8次，然后干燥得到前驅(qū)體。本發(fā)明對(duì)水熱反應(yīng)裝置沒(méi)有特殊限制，可以為恒溫干燥箱。得到前驅(qū)體后，將其熱處理，即可得到具有較高居里溫度的鐵電材料二鈦酸鋇，所述熱處理的溫度優(yōu)選為900?1200°C，更優(yōu)選為920?1120°C，最優(yōu)選為940?1100°C，所述熱處理時(shí)間優(yōu)選為3?6小時(shí)。本發(fā)明對(duì)熱處理裝置沒(méi)有特殊限制，可以為箱式電阻爐。
[0025]對(duì)本發(fā)明提供的鐵電材料進(jìn)行性能檢測(cè)，結(jié)果表明，本發(fā)明制備的鐵電材料為較純的二鈦酸鋇，并且具有較高的居里溫度，其居里溫度為389°C。
[0026]為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，以下結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明提供的水熱法制備二鈦酸鋇的制備方法進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0027]實(shí)施例1
[0028]將純度為99%的一水合氫氧化鋇(Ba(OH)2.H2O) 0.00248mol和純度為98%的氫氧化鈉(NaOH)0.01984mol(摩爾比1:8)在去離子水中混合，得到混合溶液。在真空手套箱中將純度為99.5%的四氯化鈦(TiCl4) 0.00496mol (鋇/鈦摩爾比1:2)滴加到所述混合溶液中，攪拌后得到反應(yīng)溶液。將所述反應(yīng)溶液倒入聚四氟乙烯內(nèi)襯中，調(diào)節(jié)填充度為80%和pH值為12?13 (用氫氧化鈉調(diào)節(jié))后放入水熱反應(yīng)釜中。利用恒溫干燥箱，將所述水熱反應(yīng)Il加熱到180°c反應(yīng)36小時(shí)，然后將反應(yīng)產(chǎn)物離心清洗6次，干燥后得到前驅(qū)體；將前驅(qū)體在箱式電阻爐中1050°C熱處理4小時(shí)