專利名稱：利用水熱法原位制備PbTiO₃納米管陣列薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米管陣列薄膜的方法，特別是涉及一種利用水熱法 原位制備PbTi63納米管陣列薄膜的方法。
背景技術(shù)：
鈦酸鉛薄膜因具有高介電常數(shù)和鐵電性，從工業(yè)生產(chǎn)和科研的角度來 看，都非常具有開發(fā)潛力。眾所周知，Ti02是合成鈦酸鹽的中間體，因此 采用TiCV納米管陣列薄膜為模板，可以制備多種含鈦陶瓷材料，這種結(jié)構(gòu) 的陶瓷材料在微電子和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有很多潛在的應(yīng)用。
水熱法是指在特制的密閉反應(yīng)器一高壓釜中采用水溶液作為反應(yīng)體. 系，通過對體系加熱、加壓、或自生蒸氣壓創(chuàng)造一個相對高溫、高壓的反 應(yīng)環(huán)境，使得通常難溶或不溶的物質(zhì)溶解并且重結(jié)晶而進行無機合成與材 料處理的方法，.水熱合成是合成具有特殊結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和功能的固體化合物 和新型材料的重要合成途徑和有效方法。水熱法不僅在粉體制備上得到廣 泛應(yīng)用，它在薄膜制備方面的應(yīng)用也日益受到重視，水熱合成的研究已擴 展到光電磁材料、快離子導(dǎo)體、鈦酸鹽鐵電壓電材料、無機微孔晶體材料、 無機發(fā)光材料等。對于水熱法來說可控因素有很多，包括反應(yīng)溫度，反應(yīng) 壓力，反應(yīng)時間以及反應(yīng)液組成。'對于水熱法原位生長納米管陣列薄膜來 說，還包括前驅(qū)物模板的選擇。
傳統(tǒng)的水熱法合成新材料都是在含有堿性礦化劑的水熱溶液中進行' 的，其不足之處是(l)使用堿性礦化劑不利于原位生長納米管陣列薄膜； (2)礦化劑的引入常常導(dǎo)致水熱體系內(nèi)雜質(zhì)的引入。因此傳統(tǒng)的水熱法不 適合制備對純虔要求高的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)納米管陣列薄膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在不含礦化劑的溶液體系內(nèi)利用水熱法原位 制備PbTi03納米管陣列薄膜的方法。本發(fā)明所提供的一種利用水熱法原位制備PbTi03納米管陣列薄膜的
方法，包括以下步驟
(1 )利用陽極氧化法制備Ti02納米管陣列薄膜
A. 鈦箔片的預(yù)處理
.采用高純鈦箔片為基板，分別用400,目、600目、800目、1000目以' 及1200目SiC砂紙打磨，再用0.05pm的A1203拋光至鏡面亮度，將拋光 后的鈦箔片先后放入丙酮和去離子水中超聲清洗10分鐘，烘干后備用；
B. 水基電'解液的配制
將磷酸與去離子混合配制成摩爾濃度為0.5 5摩爾/升的磷酸溶液，然 后將氫氟酸加入到上述磷酸溶液中，配制成含有氫氟酸質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.1 5%的水基電解液；
C. 陽極氧化法制備Ti02納米管陣列薄膜于室溫條件下，在10 30伏特的恒壓下，將預(yù)處理后的鈦箔片與鉑片 構(gòu)成兩電極系統(tǒng)放入到水基電解液中進行陽極氧化0.1 10小時，將陽極. 氧化后的鈦箔片用去離子水清洗后干燥，再將干燥后的Ti02納米管陣列薄 膜在200-60(TC的范圍內(nèi)保溫0.5-10小時，清洗并干燥后備用； (2)利用水熱法原位制備PbTi03納米管陣列薄膜
A. 水熱反應(yīng)溶液的配制
將乙酸鉛與沸騰的去離子水混合，配制成摩爾濃度為0.00001 10摩 爾/升的乙酸鉛水溶液；
B. 水熱法原位生長PbTiCb納米管陣列薄膜
將步驟(O得到的Ti02納米管陣列薄膜放入水熱反應(yīng)釜中，并向其 中加入體積百分?jǐn)?shù)為20-90%的水熱反應(yīng)溶液，在150-300。C保溫0.5-50小 時，得到PbTi03納米管陣列薄膜。如圖1所示。
本發(fā)明方法與傳統(tǒng)的水熱法相比，具有以下有益效果 l.本發(fā)明方法使用不含堿性礦化劑的溶液體系，有利于原位生長納米 管陣列薄膜且逾免了雜質(zhì)的引入；2. 陽極氧化法和水熱法均具有低能耗，無污染，條件可控的環(huán)保型綠 色方法；
3. 工藝簡便，操作簡單，適宜大規(guī)模生產(chǎn)；
4. 采用不同電解液制備出的Ti02納米管模板均可用在此方法中；
5. 利用此方法可以制備出管長及管徑可調(diào)，排列規(guī)整的PbTi03納米管
陣列薄膜。


圖1是水熱法原位生長出的PbTi03納米管陣列薄膜的表面SEM圖。
具體實施例方式
實施例一
l.將鈦箔片'分別用400目、600目、800目、1000目以及1200目Sit 砂紙打磨，再用0.05pm的Al2O3拋光至鏡面亮度，將拋光后的鈦箔片先后 放入丙酮和去離子水中超聲清洗10分鐘，烘干后備用；
2.將12毫升磷酸加入到136毫升去離子水中，并在磁力攪拌下混合均 勻，配制成1摩爾/升的磷酸溶液.，然后將25毫升氫氟酸加入到上述磷酸 溶液中，繼續(xù)在磁力攪拌下混合均勻，配制成含有氫氟酸質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5% 的水基電解液；
3. 室溫條件下，將預(yù)處理后的鈦箔片與鉑片構(gòu)成兩電極系統(tǒng)放入到5% 的水基電解液中，在25伏特的恒壓條件下進行陽極氧化0.5小時，將陽極 氧化后的鈦箔片用去離子水清洗后烘干，再將干燥后的Ti02納米管陣列薄 膜在50(TC保溫10小時，清洗并干燥后備用；
4. 將3.793克乙酸鉛溶解在100毫升沸騰的去離子水中，加熱攪拌至混 合均勻，配制成摩爾濃度為0.1摩爾/升的乙酸鉛水溶液；
5. 將步驟3得到的Ti02納米管基板置于水熱反應(yīng)釜中，用上述配制好 的乙酸鉛熱溶液倒入水熱反應(yīng)釜中，填充體積為90%,在22(TC保溫24 小時，將所得樣品用去離子水清洗后烘干。所制得PbTi03納米管陣列薄膜 形貌完好，排列規(guī)整，如圖1所示。實施例二
U每鈦箔片分別用400目、600目、800目、1000目以及1200目SiC 砂紙打磨，再用0.05pm的Al203拋光至鏡面亮度，將拋光后的鈦箔片先后 放入丙酮和去離子水中超聲清洗10分鐘，烘干后備用；
2. 將6毫升磷酸加入到136毫升去離子水中，并在磁力攪拌下混合均 勻，配制成0.5摩爾/升的磷酸溶液，然后將2.5毫升氫氟酸加入到上述磷 酸溶液中，繼續(xù)在磁力攪拌下混合均勻，配制成含有氫氟酸質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為 1%的水基電解液。
3. 室溫條件下，將預(yù)處理后的'鈦箔片與鉑片構(gòu)成兩電極系統(tǒng)放入到1% 的水基電解液中，在25伏特的恒壓條件下進行陽極氧化5小時，將陽極氧 化后的鈦箔片用去離子水清洗后烘干，再將干燥后的Ti02納米管陣列薄膜' 在20(TC保溫0.5小時，清洗并干燥后備用；
4. 將0.0004克乙酸鉛溶解在100毫升沸騰的去離子水中，加熱攪拌至 混合均勻，配制成摩爾濃度為0.00001摩爾/升的乙酸鉛水溶液；
5. 將步驟3得到的Ti02納米管基板置于水熱反應(yīng)釜中，用上述配制好 的乙酸鉛熱溶液倒入水熱反應(yīng)釜中，填充體積為50%，在200。C保溫30 小時，將所得樣品用去離子水清洗后烘干。所制得PbTi03納米管陣列薄膜 形貌完好，排列規(guī)整，如圖1所示。
權(quán)利要求
1.一種利用水熱法原位制備PbTiO3納米管陣列薄膜的方法，其特征在于包括以下步驟(1)利用陽極氧化法制備TiO2納米管陣列薄膜A.鈦箔片的預(yù)處理采用高純鈦箔片為基板，分別用400目、600目、800目、1000目以及1200目SiC砂紙打磨，再用0.05μm的Al2O3拋光至鏡面亮度，將拋光后的鈦箔片先后放入丙酮和去離子水中超聲清洗10分鐘，烘干后備用；B.水基電解液的配制將磷酸與去離子混合配制成摩爾濃度為0.5～5摩爾/升的磷酸溶液，然后將氫氟酸加入到上述磷酸溶液中，配制成含有氫氟酸質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.1～5％的水基電解液；C.陽極氧化法制備TiO2納米管陣列薄膜于室溫條件下，在10～30伏特的恒壓下，將預(yù)處理后的鈦箔片與鉑片構(gòu)成兩電極系統(tǒng)放入到水基電解液中進行陽極氧化0.1～10小時，將陽極氧化后的鈦箔片用去離子水清洗后干燥，再將干燥后的TiO2納米管陣列薄膜在200-600℃的范圍內(nèi)保溫0.5-10小時，清洗并干燥后備用；(2)利用水熱法原位制備PbTiO3納米管陣列薄膜A.水熱反應(yīng)溶液的配制將乙酸鉛與沸騰的去離子水混合，配制成摩爾濃度為0.00001～10摩爾/升的乙酸鉛水溶液；B.水熱法原位生長PbTiO3納米管陣列薄膜將步驟(1)得到的TiO2納米管陣列薄膜放入水熱反應(yīng)釜中，并向其中加入體積百分?jǐn)?shù)為20-90％的水熱反應(yīng)溶液，在150-300℃保溫0.5-50小時，得到PbTiO3納米管陣列薄膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用水熱法原位制備PbTiO₃納米管陣列薄膜的方法。該方法是以磷酸、氫氟酸、乙酸鉛、去離子水等為主要原料，首先通過陽極氧化法在鈦箔片上制備出TiO₂納米管陣列薄膜，而后在以摩爾濃度為0.00001～10摩爾/升乙酸鉛水溶液為介質(zhì)的條件下，以TiO₂納米管陣列薄膜為模板，加入體積百分?jǐn)?shù)為20-90％的水熱反應(yīng)溶液即乙酸鉛水溶液，在150-300℃保溫0.5-50小時，得到PbTiO₃納米管陣列薄膜。該方法適用于制造各種電子器件，在壓電、熱釋電、半導(dǎo)體工業(yè)領(lǐng)域，有著廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號C30B29/62GK101230486SQ20071017707
公開日2008年7月30日 申請日期2007年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月9日
發(fā)明者李龍土, 陽 楊, 王曉慧 申請人:清華大學(xué)