一種水熱法控制鉭鈮酸鉀納米粉體尺寸均一的方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種水熱法控制鉭鈮酸鉀納米粉體尺寸均一的方法。
【背景技術】
[0002]電子信息技術的飛速發(fā)展，對壓電功能材料的特性控制，低成本和環(huán)保性提出了更高的要求。但是由于傳統(tǒng)鉛基壓電材料含有大量鉛元素，對環(huán)境和人類的健康存在嚴重的危害。隨著人們環(huán)保意識的增強，無鉛壓電材料的研究越來越備受關注。因此，制備性能優(yōu)異的無鉛壓電陶瓷的前提是合成優(yōu)質(zhì)的粉體，尤其是納米級(lOOnm以下)的粉體。納米級(10 Onm以下)粉體的制備，對高性能無鉛壓電陶瓷的制備和通過納米粉體摻雜來制備、調(diào)控高介電復合材料性能等都具有重要的意義。
[0003]目前，壓電陶瓷粉體的合成方法主要有固相合成法、水熱法等。固相合成法是一種傳統(tǒng)的粉體合成方法，需要將混合后的原料經(jīng)高溫固相反應后得到粉體。此方法雖然具有成本低，技術簡單等優(yōu)點，但是難以將原料混合均勻，而且制備出來的粉體顆粒粗而分散。水熱法制備的粉體具有純度高、超細、流動性好、粒徑分布窄、晶體發(fā)育完整以及燒結活性高等優(yōu)點。同時，水熱法制備的粉體是在液相中一次完成，可以避免像在固相合成法中高溫燒結時，出現(xiàn)晶粒團聚、晶粒生長和混入雜質(zhì)等問題。但是水熱法還無法合成納米級(lOOnm以下特別是30?80nm)鉭鈮酸鉀(K (Ta，Nb) 03)顆粒。
[0004]經(jīng)對現(xiàn)有技術的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，Zheng等(Gu H.H.，Zhu K.J.,et al.[J]? Adv.Powder Techno 1.,2012,23:558-561.)。采用水熱法，反應溫度為240°C，保溫時間為16小時，堿液濃度為1?lOmol/L，成功制備了 KTaQ.1Nb0.903粉體。但是其粉體直徑都在幾百納米以上。Wang 等(Wang X.P.,Liu B.,et al.[ J].J.Mater.Sc1.: Mater.Electron., 2014,25: 2939-2942)。通過金屬-有機溶液的方法，以K(OC2H5)、Ta2(OC2H5)1Q和Nb2(OC2H5)1Q為原料按確定的比例進行配比來制備金屬-有機溶液。然后將溶液在70°C下加熱1小時，用來揮發(fā)溶液中大量的乙醇溶劑，最后在馬沸爐中800°C加熱1小時，制備ΚΤε?ο.55NbQ.45 03粉體。該方法雖然反應時間短，但是用Ta2(OC2H5)1Q和Nb2(OC2H5)1Q為原料，其價格昂貴，成本過高，而且制備得到的鉭鈮酸鉀粉體直徑都在幾百納米以上。鐘志成等(鐘志成，張端明，等.無機材料學報，2007,22(1): 45-48.)。采用溶劑熱法，將異丙醇作為溶劑，堿液的濃度為0.5?2mol/L，反應溫度為250°C，反應時間為8小時，制備KTaQ.6NbQ.403粉體。但是粉體粒徑也都在幾百納米以上。
[0005]公開號為CN101186338的中國專利公開了一種水熱合成鉭摻雜的鈮酸鉀鈉無鉛壓電陶瓷粉體的方法，其特征在于采用氫氧化鈉、氫氧化鉀、五氧化二鈮、五氧化二鉭為原料，溫度范圍為200?250°C，保溫時間為20?36小時，水熱合成了鉭摻雜的鈮酸鉀鈉壓電陶瓷粉體:五氧化二鉭和五氧化二鈮固體氧化物的加入總量與堿液的摩爾比為1:10?1:25，五氧化二鉭和五氧化二鈮的加入量摩爾比1: 9?4: 6 ；氫氧化鈉，氫氧化鉀溶液配比是1:4?1:6，堿液濃度為4-lOmol/L。合成的粉體粒徑約為幾百個納米。該方法不能合成粒徑小于100nm的納米粉體。納米顆粒的精確控制是研究微觀粒子尺寸效應的基礎。例如，納米陶瓷有著獨特的性能，聚合基納米材料的性能與納米填料的尺寸和均勻性有密切的依賴關系。因此，對鉭鈮酸鉀納米晶性能調(diào)控、鉭鈮酸鉀摻雜復合性能的設計以及納米顆粒尺寸均勻性控制本身都有重要的科學意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有方法工藝復雜、成本高同時不能制備出粒徑在lOOnm以下尺寸均一鉭鈮酸鉀粉體的問題，提供一種水熱法控制鉭鈮酸鉀納米粉體尺寸均一的方法。
[0007]本發(fā)明一種水熱法控制鉭鈮酸鉀納米粉體尺寸均一的方法，包括以下步驟:
[0008]一、配置濃度為15?18mo 1 /L的氫氧化鉀的水溶液；
[0009]二、分別稱取五氧化二鉭粉體和五氧化二鈮粉體，五氧化二鉭粉體和五氧化二鈮粉體的摩爾比為(1?9): (1?9);五氧化二鉭粉體和五氧化二鈮粉體依次加入到氫氧化鉀的水溶液中，磁力攪拌20?40min后倒入聚四氟乙烯內(nèi)襯中；五氧化二鉭粉體和五氧化二鈮粉體的摩爾總量與氫氧化鉀的水溶液的比例為lmo 1: (10?12) L;
[0010]三、將步驟二中的聚四氟乙烯內(nèi)襯裝到水熱反應釜中，放入烘箱中進行反應，溫度為150?200°C，反應時間為4?7h;自然冷卻到室溫后，用蒸餾水洗滌至中性，再放入真空干燥箱抽真空，70?90°C加熱20?28h后得到鉭鈮酸鉀納米粉體。
[0011]本發(fā)明合成了鉭鈮酸鉀納米粉體，合成產(chǎn)物純度高，并沒有產(chǎn)生其它雜相，合成的粉體晶粒小，粒徑分布窄。尺寸及均一性均可通過調(diào)節(jié)氫氧化鉀的水溶液濃度、反應時間、反應溫度和溶液的體積四個參數(shù)來實現(xiàn)。四個參數(shù)的影響力從大到小順序為:氫氧化鉀的水溶液濃度、溶液體積、反應時間和反應溫度。通過四參數(shù)聯(lián)合控制，來精確控制合成鉭鈮酸鉀納米粉體的尺寸，精確度可達到1 Onm左右，合成方法簡單，溫度低，純度高，是合成粒徑在lOOnm以下鉭銀酸鹽納米(尤其是40?80nm)粉體的一個新途徑。
【附圖說明】
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[0012]圖1為實施例一合成的納米級鉭鈮酸鉀粉體的XRD圖；
[0013]圖2為實施例一合成的納米級鉭鈮酸鉀粉體的SEM圖；
[0014]圖3為實施例二合成的納米級鉭鈮酸鉀粉體的XRD圖；
[0015]圖4為實施例二合成的納米級鉭鈮酸鉀粉體的SEM圖；
[0016]圖5為實施例三合成的納米級鉭鈮酸鉀粉體的XRD圖；
[0017]圖6為實施例三合成的納米級鉭鈮酸鉀粉體的SEM圖。
【具體實施方式】
[0018]【具體實施方式】一:本實施方式一種水熱法控制鉭鈮酸鉀納米粉體尺寸均一的方法，包括以下步驟:
[0019 ] —、配置濃度為15?18mo 1 /L的氫氧化鉀的水溶液；
[0020]二、分別稱取五氧化二鉭粉體和五氧化二鈮粉體，五氧化二鉭粉體和五氧化二鈮粉體的摩爾比為(1?9): (1?9);五氧化二鉭粉體和五氧化二鈮粉體依次加入到氫氧化鉀的水溶液中，磁力攪拌20?40min后倒入聚四氟乙烯內(nèi)襯中；五氧化二鉭粉體和五氧化二鈮粉體的摩爾總量與氫氧化鉀的水溶液的比例為lmo 1: (12?16) L;
[0021]三、將步驟二中的聚四氟乙烯內(nèi)襯裝到水熱反應釜中，放入烘箱中進行反應，溫度為180?240°C，反應時間為12?30h;自然冷卻到室溫后，用蒸餾水洗滌至中性，再放入真空干燥箱抽真空，70?90°C加熱20?28h后得到鉭鈮酸鉀納米粉體。
[0022]本實施方式合成了鉭鈮酸鉀納米粉體，合成產(chǎn)物純度高，并沒有產(chǎn)生其它雜相，合成的粉體晶粒小，粒徑分布窄。尺寸及均一性均可通過調(diào)節(jié)氫氧化鉀的水溶液濃度、反應時間、反應溫度和溶液的體積四個參數(shù)來實現(xiàn)。四個參數(shù)的影響力從大到小順序為:氫氧化鉀的水溶液濃度、溶液體積、反應時間和反應溫度。通過四參數(shù)聯(lián)合控制，來精確控制合成鉭鈮酸鉀納米粉體的尺寸，精確度可達到10nm左右，合成方法簡單，溫度低，純度高，是合成粒徑在lOOnm以下鉭銀酸鹽納米(尤其是40?80nm)粉體的一個新途徑。
[0023]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟一中配置濃度為16mol/L的氫氧化鉀的水溶液。其它步驟和參數(shù)與【具體實施方式】一相同。
[0024]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是:步驟二所述的五氧化二鉭粉體和五氧化二鈮粉體的摩爾比為1:1。其它步驟和參數(shù)與