專利名稱：一種鈦酸鋇納米粉體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無機功能納米材料的制備方法。
背景技術(shù)：
鈦酸鋇是一種重要的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的電子陶瓷材料，具有較高的相對介電常數(shù)、低 介電損耗及優(yōu)異的壓電、鐵電、耐壓和絕緣性能。它可作為熱敏材料、鐵電壓電材料和電容 器材料而廣泛用于電光器件、鐵電探測器、電容器等電子元器件中，因此，超細鈦酸鋇粉體 的制備引起了人們的極大關(guān)注。目前制備鈦酸鋇粉體的主要方法有高溫固相法、溶膠-凝 膠法、化學(xué)共沉淀法和水熱法等，但這些方法各存在一些缺點高溫固相法合成溫度高，制 得的粉體硬團聚嚴(yán)重、粒度大、粒度分布寬，由于混合不均勻而導(dǎo)致產(chǎn)品的化學(xué)組成不均 勻、純度低；溶膠_凝膠法原材料價格昂貴、使用的有機溶劑具有毒性、高溫處理會使粉體 快速團聚、操作條件嚴(yán)格且不易控制；化學(xué)共沉淀法相比高溫固相法反應(yīng)的均勻性雖有所 提高，但煅燒溫度仍較高，產(chǎn)品粒徑大而粒度分布寬；水熱法生產(chǎn)壓力高，對生產(chǎn)設(shè)備要求 較高，同樣存在粒子團聚嚴(yán)重、顆粒大小分布不均勻的缺點。熔鹽法是一種能夠在較低溫 度和較短時間內(nèi)制備出較純凈納米材料的簡便方法，鹽的熔體起到了熔劑和反應(yīng)介質(zhì)的 作用，從而使反應(yīng)組分在液相中的流動性增強，并以離子的形式存在，擴散速率顯著提高， 因此，能有效地降低反應(yīng)溫度和縮短反應(yīng)時間，合成出符合化學(xué)計量比、結(jié)晶良好的納米 材料。目前，有關(guān)熔鹽法合成BaTi03粉體的研究不多，其公知文獻也僅見其三。其一為文 獻"Gorokhovsky A V，Escalante-Garcia J I， Sdnches-Monjards T， et al. Synthesisof barium titanate powders and coatings by treatment of Ti02 with moltenmixtures of Ba(N03)2， KN03and KOH[J]. Mater Lett, 2004， 58 :2227-2230."，該文獻報道的方法是用 Ti02和Ba(N03)2為原料，在混合熔鹽Ba(N03)2-KN03-K0H中于450 550。C合成BaTi03納米 粉體；其二為"MiaoJ，Hu C G，Liu H， et al. BaTi03nanocubes :size—selective formation and structureanalysis[J].Mater Lett, 2008， 62 :235-238."，它以Ti02和BaC03為原料， KOH和Na0H(nNa。H : nK。H = 51. 5 :饑5)作熔劑，用熔鹽法合成了粒徑約70 lOOnm的 BaTi03納米粒子；其三為"朱啟安，張超，龔敏，等.立方體形貌的BaTi03納米粒子的熔鹽 法制備與表征[J].功能材料，2009，40(9) :23-25."，該研究以1102和Ba(OH)2為鈦源和鋇 源、Na0H和KOH為熔劑，在熔鹽中加熱24h制得了立方體形狀的、粒徑約為20 55nm的鈦 酸鋇納米粉體。以上方法或存在產(chǎn)品純度低、其中的雜質(zhì)難以除去，或存在工藝復(fù)雜而難于 控制，或存在產(chǎn)品粒子團聚嚴(yán)重、顆粒大而粒度分布寬的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種煅燒溫度低、產(chǎn)品粒度小、顆粒大小分布均勻的鈦酸鋇 納米粉體的制備方法。
本發(fā)明的目的是通過如下方式實現(xiàn)的一種鈦酸鋇納米粉體的制備方法 (1)將可溶性的鋇鹽加入到質(zhì)量分數(shù)為3% 10%的H202溶液中，可溶性鋇鹽與
3&02的物質(zhì)的量之比值為1 : 3 5，并不斷攪拌，然后，加入氨水調(diào)節(jié)溶液的pH為8 10， 靜置20 30min，得黃色沉淀；過濾，用稀氨水和無水乙醇將沉淀交替超聲洗滌，室溫真空 干燥，得淺黃色前驅(qū)體粉未Ba02 H202 ; (2)將Ba02 H202和H2Ti03混合研磨均勻，Ba02 H202與H2Ti03的物質(zhì)的量之比值 為1 : 0. 4 0. 6 ;加入KOH、 KN03和無水乙醇，Ba02 H202、 KOH、 KN03的物質(zhì)的量之比值為 1 : 2 3 : 8 10，無水乙醇用量為能使混合物剛好潤濕，繼續(xù)研磨20 30min，然后超 聲處理20 30min ;將混合物于60 80。C除去乙醇后，500 600。C煅燒16 32小時；
(3)煅燒后，冷卻，用去離子水將混合物溶解，離心分離后，將沉淀用去離子水超聲 洗滌至中性，再放入0. 5 lmol/L HN03溶液中浸泡10 30min除去雜質(zhì)，Ba02 H202與 HN(^的物質(zhì)的量之比值為1 : 1 2;離心分離，用去離子水和無水乙醇交替超聲洗滌至中 性，再于80 IO(TC干燥得到鈦酸鋇納米粉體。
所述的可溶性的鋇鹽是氯化鋇、硝酸鋇或醋酸鋇。 本發(fā)明將可溶性的鋇鹽和H202在NH3 H20溶液中反應(yīng)制備出前驅(qū)體Ba02 H202， 然后分別用Ba02 H202和H2Ti03作鋇源和鈦源、KN03和KOH作熔劑，用熔鹽法合成鈦酸鋇 納米粉體的技術(shù)方案，解決了現(xiàn)有制備方法存在的產(chǎn)品純度低、實施成本高、工藝復(fù)雜、產(chǎn) 品團聚嚴(yán)重、顆粒大而粒度分布寬的缺陷，具有生產(chǎn)工藝簡單、生產(chǎn)過程安全、實施成本低、 煅燒溫度低、產(chǎn)品粒徑小而顆粒大小分布均勻、粒子結(jié)晶良好以及純度高的優(yōu)點。本發(fā)明 制備的鈦酸鋇納米粉體屬無機納米功能材料，具有較高的相對介電常數(shù)、低介電損耗及優(yōu) 異的鐵電、壓電、耐壓和絕緣性能，廣泛應(yīng)用于制作非線性元件、介電放大器、多層陶瓷電容 器、熱變電阻器、壓電響應(yīng)掃描探針顯微鏡、紅外線熱像儀、超聲波發(fā)生器、動態(tài)隨機存取存 貯器和其它光電器件。本發(fā)明可廣泛用于各種無機納米功能材料的制備。


圖1為實施例1制得的前驅(qū)體Ba02 H202的X-射線衍射(XRD)圖。 圖2為實施例1、實施例2、實施例3分別在500、550、60(TC煅燒制得的鈦酸鋇納米
粉體的X-射線衍射(XRD)圖。 圖3為實施例1制得的鈦酸鋇納米粉體的透射電子顯微鏡(TEM)圖。
圖4為實施例1制得的鈦酸鋇納米粉體的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。
圖5為實施例2制得的鈦酸鋇納米粉體的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。
圖6為實施例3制得的鈦酸鋇納米粉體的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。
圖7為實施例4制得的鈦酸鋇納米粉體的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步說明
實施例1 (1)稱取l. 22g BaCl2 *21120加入到201^質(zhì)量分數(shù)為3%的11202溶液中，8&(:12 *2H20 與^02的物質(zhì)的量之比值為1 : 3.9，并不斷攪拌。然后，加入適量的氨水調(diào)節(jié)溶液的pH為 8. 5，靜置30min，得黃色沉淀。過濾，用稀氨水和無水乙醇交替超聲洗滌沉淀后，于真空干燥 箱中室溫干燥，得淺黃色前驅(qū)體粉未Ba02 H202。對Ba02 H202進行X-射線衍射(XRD)分
4析得知，所制備的Ba02 H202為單斜晶系，無雜質(zhì)峰，說明Ba02 H202純度高，如圖1所示。
(2)稱取2. 03g Ba02 H202和0. 59g H2Ti03放入研缽中，混合并研磨均勻，再加入1. 69g K0H、10. 00g KN03和10mL無水乙醇(Ba02 H202與H2Ti03的物質(zhì)的量之比值為1 : 0. 6 ;Ba02'HA、KOH和KN03的物質(zhì)的量之比值為1 : 3 : 10)。繼續(xù)研磨20min，然后超聲30min。將混合物放入烘箱中于8(TC加熱除去乙醇后，轉(zhuǎn)入氧化鋁坩堝中，放入已加熱到50(TC的馬弗爐中。待熔化后，取出坩堝搖勻，再將坩堝放入馬弗爐中于50(TC煅燒24小時。 (3)將坩堝取出后，冷卻，用去離子水將混合物溶解，離心分離后，再用去離子水超聲洗滌至中性。然后，將樣品放入20mL lmol/L HN03溶液中浸泡30min除去反應(yīng)過程中生成的BaC03和K202等雜質(zhì)(Ba02 H202與HN03的物質(zhì)的量之比值為1:2)，離心分離，用去離子水和無水乙醇交替超聲洗滌至中性，再于恒溫干燥箱中IO(TC干燥得鈦酸鋇納米粉體產(chǎn)品。經(jīng)透射電子顯微鏡(TEM)(圖3)和掃描電子顯微鏡(SEM)(圖4)觀察，證實所得產(chǎn)品的粒徑約為16 32nm，粒子形狀近似為球形，顆粒大小分布均勻。經(jīng)X-射線衍射(XRD)分析知所得鈦酸鋇為立方晶相結(jié)構(gòu)，無雜質(zhì)峰，說明產(chǎn)品純度高，如圖2所示。
實施例2 (1)稱取2. 42g Ba (N03) 3 5H20加入到8mL質(zhì)量分數(shù)為9 %的H202溶液中，83(冊3)3*51120與11202的物質(zhì)的量之比值為1 : 4. 7，并不斷攪拌。然后，加入適量的氨水調(diào)節(jié)溶液的pH為10，靜置20min，得黃色沉淀。過濾，用稀氨水和無水乙醇交替超聲洗滌沉淀后，于真空干燥箱中室溫干燥，得淺黃色前驅(qū)體粉未Ba02 H202。對Ba02 H202進行X-射線衍射(XRD)分析得知，所制備的Ba02 H202為單斜晶系，無雜質(zhì)峰，說明Ba02 H202純度高。
(2)稱取2. 03g Ba02 H202和0. 39g H2Ti03放入研缽中，混合并研磨均勻，再加入1. 12g K0H、8.29g KN03和8mL無水乙醇，Ba02 *11202與1121103的物質(zhì)的量之比值為1 : 0.4;Ba02'H^、K0H和KN03的物質(zhì)的量之比值為1 : 2 : 8. 2。繼續(xù)研磨30min，然后超聲20min。將混合物放入烘箱中于7(TC加熱除去乙醇后，轉(zhuǎn)入氧化鋁坩堝中，放入已加熱到55(rC的馬弗爐中。待熔化后，取出坩堝搖勻，再將坩堝放入馬弗爐中于55(TC煅燒32小時。
(3)將坩堝取出后，冷卻，用去離子水將混合物溶解，離心分離后，再用去離子水超聲洗滌至中性。然后，將樣品放入10mL lmol/L HN03溶液中浸泡10min除去反應(yīng)過程中生成的BaC03和K202等雜質(zhì)(Ba02 H202與HN03的物質(zhì)的量之比值為1:1)，離心分離，用去離子水和無水乙醇交替超聲洗滌至中性，再于恒溫干燥箱中9(TC干燥得鈦酸鋇納米粉體產(chǎn)品。經(jīng)掃描電子顯微鏡(SEM)(圖5)觀察，證實所得產(chǎn)品粒徑約為15 35nm，粒子形狀近似為球形，顆粒大小分布均勻。經(jīng)X-射線衍射(XRD)分析知所得鈦酸鋇為立方晶相結(jié)構(gòu)，無雜質(zhì)峰，說明產(chǎn)品純度高，如圖2所示。
實施例3 (1)稱取1. 37g Ba(CH3COO)3 H20加入到10mL質(zhì)量分數(shù)為5%的H202溶液中，8￡1((^30)0)3^20與11202的物質(zhì)的量之比值為1 : 3. 2，并不斷攪拌。然后，加入適量的氨水調(diào)節(jié)溶液的PH為9，靜置25min，得黃色沉淀。過濾，用稀氨水和無水乙醇交替超聲洗滌沉淀后，于真空干燥箱中室溫干燥，得淺黃色前驅(qū)體粉未Ba02 H202。對Ba02 H202進行X-射線衍射(XRD)分析得知，所制備的Ba02 H202為單斜晶系，無雜質(zhì)峰，說明Ba02 H202純度高。
(2)稱取3. 05g Ba02 H202和0. 73g H2Ti03放入研缽中，混合并研磨均勻，再加入2.19g K0H、13.6g 1(冊3和12mL無水乙醇(Ba02 H202與H2Ti03的物質(zhì)的量之比值為1 : 0. 5 ;Ba02 H202、 KOH和KN03的物質(zhì)的量之比值為1 : 2.6 : 9)。繼續(xù)研磨25min，然后超聲25min。將混合物放入烘箱中于6(TC加熱除去乙醇后，轉(zhuǎn)入氧化鋁坩堝中，放入已加熱到60(TC的馬弗爐中。待熔化后，取出坩堝搖勻，再將坩堝放入馬弗爐中于60(TC煅燒16小時。 (3)將坩堝取出后，冷卻，用去離子水將混合物溶解，離心分離后，再用去離子水超聲洗滌至中性。然后，將樣品放入30mL 0. 75mol/L HN03溶液中浸泡20min除去反應(yīng)過程中生成的BaC03和K202等雜質(zhì)(Ba02 H202與HN03的物質(zhì)的量之比值為1 : 1.5)，離心分離，用去離子水和無水乙醇交替超聲洗滌至中性，再于恒溫干燥箱中8(TC干燥得鈦酸鋇納米粉體產(chǎn)品。經(jīng)掃描電子顯微鏡(SEM)(圖6)觀察，證實所得產(chǎn)品粒徑約為16 40nm，粒子形狀近似為球形，顆粒大小分布均勻。經(jīng)X-射線衍射(XRD)分析知所得鈦酸鋇為立方晶相結(jié)構(gòu)，無雜質(zhì)峰，說明產(chǎn)品純度高，如圖2所示。
實施例4 (1)稱取l. 22g BaCl2 *21120加入到13mL質(zhì)量分數(shù)為6%的11202溶液中，BaCl2 *2H20與^02的物質(zhì)的量之比值為1 : 5，并不斷攪拌。然后，加入適量的氨水調(diào)節(jié)溶液的pH為8，靜置30min，得黃色沉淀。過濾，用稀氨水和無水乙醇交替超聲洗滌沉淀后，于真空干燥箱中室溫干燥，得淺黃色前驅(qū)體粉未Ba02 H202。對Ba02 H202進行X-射線衍射(XRD)分析得知，所制備的Ba02 H202為單斜晶系，無雜質(zhì)峰，說明Ba02 H202純度高。
(2)稱取1. 52g Ba02 H202和0. 37g H2Ti03放入研缽中，混合并研磨均勻，再加入l.OOg K0H、6.01g KN03和6mL無水乙醇，Ba02 *11202與1121103的物質(zhì)的量之比值為1 : 0.5;Ba02'H^、K0H和KN03的物質(zhì)的量之比值為1 : 2. 4 : 8。繼續(xù)研磨28min，然后超聲27min。將混合物放入烘箱中于75t:加熱除去乙醇后，轉(zhuǎn)入氧化鋁坩堝中，放入已加熱到60(rC的馬弗爐中。待熔化后，取出坩堝搖勻，再將坩堝放入馬弗爐中于60(TC煅燒28小時。
(3)將坩堝取出后，冷卻，用去離子水將混合物溶解，離心分離后，再用去離子水超聲洗滌至中性。然后，將樣品放入20mL 0. 5mol/L HN03溶液中浸泡30min除去反應(yīng)過程中生成的BaC03和K202等雜質(zhì)(Ba02 H202與HN03的物質(zhì)的量之比值為1 : 1.3)，離心分離，用去離子水和無水乙醇交替超聲洗滌至中性，再于恒溫干燥箱中95t:干燥得鈦酸鋇納米粉體產(chǎn)品。經(jīng)掃描電子顯微鏡(SEM)(圖7)觀察，證實所得產(chǎn)品粒徑約為16 38nm，粒子形狀近似為球形，顆粒大小分布均勻。經(jīng)X-射線衍射(XRD)分析知所得鈦酸鋇為立方晶相結(jié)構(gòu)，無雜質(zhì)峰，說明產(chǎn)品純度高。
權(quán)利要求
一種鈦酸鋇納米粉體的制備方法，其特征在于(1)將可溶性的鋇鹽加入到質(zhì)量分數(shù)為3％～10％的H2O2溶液中，可溶性鋇鹽與H2O2的物質(zhì)的量之比值為1∶3～5，并不斷攪拌，然后，加入氨水調(diào)節(jié)溶液的pH為8～10，靜置20～30min，得黃色沉淀；過濾，用稀氨水和無水乙醇將沉淀交替超聲洗滌，室溫真空干燥，得淺黃色前驅(qū)體粉未BaO2·H2O2；(2)將BaO2·H2O2和H2TiO3混合研磨均勻，BaO2·H2O2與H2TiO3的物質(zhì)的量之比值為1∶0.4～0.6；加入KOH、KNO3和無水乙醇，BaO2·H2O2、KOH、KNO3的物質(zhì)的量之比值為1∶2～3∶8～10，無水乙醇用量為能使混合物剛好潤濕，繼續(xù)研磨20～30min，然后超聲處理20～30min；將混合物于60～80℃除去乙醇后，500～600℃煅燒16～32小時；(3)煅燒后，冷卻，用去離子水將混合物溶解，離心分離后，將沉淀用去離子水超聲洗滌至中性，再放入0.5～1mol/L HNO3溶液中浸泡10～30min除去雜質(zhì)，BaO2·H2O2與HNO3的物質(zhì)的量之比值為1∶1～2；離心分離，用去離子水和無水乙醇交替超聲洗滌至中性，再于80～100℃干燥得到鈦酸鋇納米粉體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈦酸鋇納米粉體的制備方法，其特征在于所述的可溶性 的鋇鹽是氯化鋇、硝酸鋇或醋酸鋇。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種鈦酸鋇納米粉體的制備方法。該方法是先將可溶性的鋇鹽加入到H2O2溶液中，不斷攪拌，并用氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值，經(jīng)靜置、過濾、洗滌、真空干燥，得前驅(qū)體BaO2·H2O2粉未；然后，將BaO2·H2O2和H2TiO3混合研磨，先加入KOH和KNO3作熔劑，再加入無水乙醇，研磨，超聲處理，干燥除去乙醇后，煅燒，冷卻后，用去離子水溶解，離心分離，并用去離子水洗滌；將樣品放入稀HNO3溶液中浸泡除去雜質(zhì)，離心分離，洗滌、干燥制得粒徑約為15～40nm的鈦酸鋇納米粉體。該方法制得的鈦酸鋇納米粉體粒徑小、顆粒大小分布均勻，具有煅燒溫度低、生產(chǎn)工藝簡單、生產(chǎn)過程安全、產(chǎn)品顆粒不易團聚、產(chǎn)品純度高、生產(chǎn)效率高、實施成本低的優(yōu)點，可廣泛用于各種無機納米功能材料的制備。
文檔編號B82B3/00GK101786656SQ20101013322
公開日2010年7月28日 申請日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者徐軍古, 朱啟安, 譚志剛, 陳利霞, 雍高兵, 項尚 申請人:湘潭大學(xué)