CN102267721B - 化学式为Ca0.4Sr0.6Bi4Ti4O15的钙钛矿结构多晶纳米粉体快速制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钙钛矿结构多晶纳米粉体的制备，具体为一种化学式为Ca0.4Sr0.6Bi4Ti4O15的钙钛矿结构多晶纳米粉体快速制备方法。其目的在于提供一种工艺简单、成本低、制备过程便于操作和控制的快速制备Ca0.4Sr0.6Bi4Ti4O15粉体的方法。本发明的目的是采用下述技术方案实现的：以乙酰丙酮、钛酸四丁酯、醋酸锶、硝酸铋、硝酸钙、乙二醇为原料，采用溶胶-凝胶法合成。本发明的有益效果是：直接快速制得具有钙钛矿结构的高纯、超细粉体，该粉体的颗粒尺寸介于1—10μm之间，颗粒形貌近似于球形，尺寸分布范围窄、成分均匀。

Description

化学式为Ca0.4Sr0.6Bi4Ti4O15的钙钛矿结构多晶纳米粉体快速制备方法
技术领域
本发明涉及一种钙钛矿结构多晶纳米粉体的制备，具体为一种化学式为Ca0.4Sr0.6Bi4Ti4O15的钙钛矿结构多晶纳米粉体快速制备方法。
背景技术
Ca0.4Sr0.6Bi4Ti4O15材料具有铁电性、压电性、热释电性、电光、声光以及非线性光学性等一系列重要的特性，具有高的剩余极化、低得矫顽场强以及高的居里温度、低的介电损耗等优点，在微电子学、光电子学、集成光学和微电子机械系统(MEMS)等方面具有广阔的应用前景。
粉体的合成已经成为化学和材料学科的一个重要研究领域，制备具有一定粒径和较窄粒径分布的纳米粉体尤为关键。国内外已经报道了多种纳米粉体的制备方法，可分为物理法和化学法。物理法主要有蒸发冷凝法、机械合金法和粉碎法等。化学法则主要有气相沉积法、水热合成法、溶胶-凝胶法和高分子保护法等。物理法具有易于放大和便于自动控制等优点，但设备昂贵，而且难以精确控制纳米粉体的粒径及粒径分布。化学法的影响因素较多，但可能对产物的特性进行剪裁。
传统的溶胶-凝胶过程中的干燥是暴露于大气环境下，或放在烘箱中蒸发干燥，其主要缺点是蒸发干燥过程中，由于凝胶中气液界面的形成，在凝胶的孔中因液体表面张力的作用产生一个弯月面，随着蒸发干燥的进行，弯月面消退到凝胶本体中，作用在孔壁上的力增加，使凝胶的骨架塌陷，导致凝胶收缩成较小体积的硬团聚物，使得最终生成颗粒较大的粉体。而且随着干燥的进行，有机溶剂的挥发越来越缓慢，因此就造成粉体的干燥周期长，按照传统的干燥方法，粉体干燥时间半年以上，得到的是硬膏状的团聚物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺简单、成本低、制备过程便于操作和控制的快速制备Ca0.4Sr0.6Bi4Ti4O15粉体的方法。快速获得颗粒度小，分散性优良的超细粉体。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：化学式为Ca0.4Sr0.6Bi4Ti4O15的钙钛矿结构多晶纳米粉体快速制备方法，以乙酰丙酮、钛酸四丁酯、醋酸锶、硝酸铋、硝酸钙、乙二醇为原料，采用溶胶-凝胶法合成，具体步骤如下：
（1）以钛酸四丁酯和乙酰丙酮按照体积比为1:1的比例配制A溶液：乙酰丙酮缓缓滴入钛酸四丁酯溶液中，将混合后盛溶液的容器置于0℃的冰水中，并不断的搅拌混合液；将混合好的溶液继续搅拌12h，得到澄清黄褐色透明的A溶液；
（2）按照77g硝酸铋、5g醋酸锶、3.5g硝酸钙加入到100ml溶剂乙二醇的比例配置B溶液：硝酸铋、醋酸锶和硝酸钙加入乙二醇后，搅拌12h，得到澄清透明的B溶液；
（3）将B溶液缓缓加入同样体积的A溶液中，同时利用盐酸调节pH值，使溶液的pH=3；将混合后的溶液充分搅拌48h，得到淡黄色的溶液C；
（4）将溶液C置于真空干燥箱中干燥，干燥温度为60—80℃；
（5）将干燥得到的凝胶在马弗炉中点燃，同时通入纯氧，制得完全燃烧的淡黄色粉体。
凝胶是含有大量有机物的粘稠状的固体，在较低的温度下可以自蔓延燃烧，在燃烧过程中会产生大量的气体，使胶体体积膨胀，破坏硬团聚的形成条件--- 氢键的产生，因此粉体具有比较好的分散性，疏松多空，粒度比较细。另外，反应是在低温下进行，避免了高温杂相的出现，因而产物的纯度较高。
“将干凝胶粉体置于电阻炉中缓慢升温到800℃下保温1h得到CSBT-0.4超细粉体”是一种传统的制备陶瓷粉体的方法，在缓慢的升温过程中，颗粒之间进行的反应比较充分，晶粒完全完成了传质和长大的过程，因此晶粒长的比较大，可以形成比较大的晶粒，因此得到的粉体的颗粒比较大，而且容易形成硬团聚的颗粒。另外如果保温时间比较短的话，得到的粉体反应不充分，直接影响到下一步所制备的陶瓷的各种性能。
所述步骤（3）中在混合后的溶液中加入PVP(聚乙烯基吡咯烷酮)，以增加溶液的稳定性。
所述步骤（4）为在真空度1x10-4Pa的真空干燥箱中干燥72h。
所述步骤（5）中在马弗炉中点燃的温度为100℃。
本发明的有益效果是：本发明的溶胶-凝胶方法可以直接快速制得具有钙钛矿结构的高纯、超细粉体，该粉体的颗粒尺寸介于1—10μm之间，颗粒形貌近似于球形，尺寸分布范围窄、成分均匀，为制备可用于制造微电子机械系统(MEMS)中的压电陶瓷马达打下了良好的基础。
附图说明
图1为实施例1粉体的XRD物相分析；
图2为实施例1干燥得到的疏松多空的粉体照片；
图3为用实施例1粉体所制备粉体的激光粒度分析；
图4为实施例2粉体所制备粉体的激光粒度分析；
图5为实施例3粉体所制备粉体的激光粒度分析。
具体实施方式
实施例1：
化学式为Ca0.4Sr0.6Bi4Ti4O15的钙钛矿结构多晶纳米粉体快速制备方法，具体步骤如下：
（1）以钛酸四丁酯和乙酰丙酮按照体积比为1:1的比例配制A溶液：取50ml钛酸四丁酯，以50ml乙酰丙酮作为螯合剂，用移液管将50ml乙酰丙酮缓缓滴入钛酸四丁酯溶液中，同时为了保持溶液的温度恒定，将混合后盛溶液的烧杯放在0℃的冰水中，并不断的搅拌混合液，防止在螯合过程中产生的热量使混合液水化；将混合好的溶液在磁力搅拌器上充分搅拌12h，得到澄清黄褐色透明的A溶液；
（2）称取77g硝酸铋、5g醋酸锶、3.5g硝酸钙加入到100ml的溶剂乙二醇中，在磁力搅拌器上搅拌12h，得到澄清透明的B溶液；
（3）将B溶液缓缓加入A溶液中，同时利用盐酸调节pH值，使溶液的pH=3，将混合后的溶液加入PVP(聚乙烯基吡咯烷酮)，充分搅拌48h，得到淡黄色的溶液C；
（4）将混合好的溶液C倒入搪瓷盘容器中，放入真空度为1x10-4Pa的真空干燥箱中干燥72h，干燥温度为60℃，直至形成疏松多孔的粉体；
（5）将干燥得到的凝胶在马弗炉中点燃，点燃温度为100℃，同时通入纯氧，取最终的淡黄色的粉体。
实施例2：
步骤（4）干燥温度为70℃，其余条件同实施例1。
实施例3：
步骤（4）干燥温度为80℃，其余条件同实施例1。
本发明未经描述的技术特征均可以通过现有技术实现，在此不再赘述。当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.化学式为Ca0.4Sr0.6Bi4Ti4O15的钙钛矿结构多晶纳米粉体快速制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
（1）以钛酸四丁酯和乙酰丙酮按照体积比为1:1的比例配制A溶液：乙酰丙酮缓缓滴入钛酸四丁酯溶液中，将混合后盛溶液的容器置于0℃的冰水中，并不断的搅拌混合液；将混合好的溶液继续搅拌12h，得到澄清黄褐色透明的A溶液；
（2）按照77g硝酸铋、5g醋酸锶、3.5g硝酸钙加入到100ml溶剂乙二醇的比例配置B溶液：硝酸铋、醋酸锶和硝酸钙加入乙二醇后，搅拌12h，得到澄清透明的B溶液；
（3）将B溶液缓缓加入同样体积的A溶液中，同时利用盐酸调节pH值，使溶液的pH=3；将混合后的溶液充分搅拌48h，得到淡黄色的溶液C；
（4）将溶液C置于真空干燥箱中干燥，干燥温度为60—80℃；
（5）将干燥得到的凝胶在马弗炉中点燃，同时通入纯氧，点燃温度为100℃，制得完全燃烧的淡黄色粉体，该粉体的颗粒尺寸介于1—10μm之间，颗粒形貌近似于球形，尺寸分布范围窄、成分均匀。
2.根据权利要求1所述的化学式为Ca0.4Sr0.6Bi4Ti4O15的钙钛矿结构多晶纳米粉体快速制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中在混合后的溶液中加入聚乙烯基吡咯烷酮。
3.根据权利要求1或2所述的化学式为Ca0.4Sr0.6Bi4Ti4O15的钙钛矿结构多晶纳米粉体快速制备方法，其特征在于：所述步骤（4）为在真空度1×10-4Pa的真空干燥箱中干燥72h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于点燃凝胶以后，通入大量的纯氧，使其燃烧充分。
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