CN103880067B - 一种钛酸钡空心球的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钛酸钡空心球的制备方法，可获得粒径分布均匀的钛酸钡空心球，采用KCl为表面改性剂对二氧化硅胶体球进行表改性，采用快速提拉的方式将其自组装于ITO玻璃基底表面形成二氧化硅胶体晶体模板，填充钛酸钡凝胶后再经双基片烘干和煅烧后去掉二氧化硅模板即获得钛酸钡空心球。
Description
技术领域
本发明涉及一种钛酸钡空心球的制备方法。
背景技术
钛酸钡是典型的钙钛矿型结构材料,具有高的介电常数、低的介电损耗以及优良的铁电、压电、介电、热释电等性质,是一种非常重要的功能陶瓷材料，被广泛用于制备多层陶瓷电容器、微型电容器、发热元件、压力传感器、热敏电阻器、非线性元件、介电放大器及记忆元件等。同时，它还是一种重要的半导体光催化剂，影响半导体光催化活性的因素包括其自身的物化性质和微观结构，而纳米钛酸钡粉体，由于其具有更大的比表面积，表面可提供更多的表面活性位，其具有更好的光催化性能。目前，纳米钛酸钡粉体的制备方法有固相法、溶胶-凝胶法、化学沉淀法、水热法、微乳液法、微波水热法、熔盐法、沉淀法等，但仍然无法避免纳米钛酸钡粉体的团聚，从而影响到其性能和应用。钛酸钡空心球不仅可保持较高的表面活性，具有更高的比表面积，有利于钛酸钡空心球的性能及使用过程中的回收问题，其制备所面临的最大问题在于如何获得分散性好、粒径分布均匀的空心球颗粒。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种钛酸钡空心球的制备方法，工艺设备简单，可获得粒径分布较窄的钛酸钡空心球。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种钛酸钡空心球的制备方法，包括如下步骤：
（1）配制质量浓度为0.08%～0.12%的KCl水溶液，分别配置正硅酸乙酯的乙醇溶液A以及氨水的乙醇溶液B，其中溶液A与溶液B中无水乙醇量相等，无水乙醇总量与氨水的体积比为（5～10）：1，氨水的用量与正硅酸乙酯的体积比为（2～5）：1，再将2～5mL的KCl水溶液加入到溶液B中，KCl水溶液与氨水的体积比为1：（1～5），然后在不停搅拌下将溶液A加入溶液B中，反应20～22h后，分离沉淀，离心洗涤后于50～60℃干燥，得到表面改性的SiO2纳米球或亚微米球粉体；
（2）称量SiO2粉体，将其超声分散于有机溶液中，超声时间为2～3h，获得SiO2颗粒悬浮液，其颗粒的质量分数为1.5%～3%；
（3）将两片ITO玻片相互平行并竖直浸入SiO2颗粒悬浮液中，其中，两ITO玻片的间距为0.5～0.6cm，在两ITO玻片上通9～14V电压，通电20～40s后以0.4～0.6cm/min的速度提拉正极ITO玻片，最后于60℃烘干ITO玻片即获得SiO2胶体晶体模板；
（4）在50～60℃下将醋酸钡溶解于醋酸水溶液中形成溶液C，醋酸钡的摩尔浓度为0.8～1.2mol/L，将钛酸丁酯加入无水乙醇中形成溶液D，钛酸丁酯的摩尔浓度为0.7～1mol/L，其中醋酸钡与钛酸丁酯的摩尔比为1：1，将溶液D加入溶液C中，搅拌混合形成均匀透明的溶液，再加入摩尔数为钛酸丁酯摩尔数2～3倍的冰醋酸即形成溶胶，在空气中放置10～12h后形成凝胶，将SiO2胶体晶体模板以一定角度浸入凝胶中5min，缓慢提拉出膜层，用吸附纸除去表面过量的溶液；
（5）在膜层表面压上一清洗烘干的玻片形成双基片，将其水平放置后在80～100℃下烘干，将双基片在750～900℃下煅烧3～4h后，将膜层浸入质量浓度15～20%的NaOH溶液中5～6h，用去离子水清洗后烘干即获得钛酸钡空心球。
优选地，所述步骤（2）中的有机溶液为乙醇或甲醇。所述步骤（4）中SiO2胶体晶体的浸入角度为与水平方向呈45～60度。
与现有技术相比，本发明提供的钛酸钡空心球的制备方法中，以ITO为电极和基底，采用KCl改性二氧化硅球形颗粒制备出二氧化硅胶体晶体，在此可通过KCl溶液的用量、电压、提拉速度、电极间距等参数的调整，获得不同排列的二氧化硅胶体晶体模板，特别是可增大胶体晶体中胶体球间的间隙大小，这有利于凝胶的填充；另一方面，均匀填充于二氧化硅模板间隙中的钛酸钡凝胶将受到二氧化硅间隙的限制而生长晶体，因此可使钛酸钡在模板胶体球表面生长，去掉模板后即可获得粒径分布均匀的钛酸钡空心球。
具体实施方式
下面结合实施例详细说明本发明的实施方式。
实施例1
一种钛酸钡空心球的制备方法，包括如下步骤：
（1）配制质量浓度为0.08%的KCl水溶液，分别配置正硅酸乙酯的乙醇溶液A以及氨水的乙醇溶液B，其中溶液A与溶液B中无水乙醇量相等，无水乙醇总量与氨水的体积比为5：1，氨水的用量与正硅酸乙酯的体积比为2：1，再将2mL的KCl水溶液加入到溶液B中，KCl水溶液与氨水的体积比为1：1，然后在不停搅拌下将溶液A加入溶液B中，反应20h后，分离沉淀，离心洗涤后于50℃干燥，得到表面改性的SiO2纳米球或亚微米球粉体；
（2）称量SiO2粉体，将其超声分散于乙醇中，超声时间为2h，获得SiO2颗粒悬浮液，其颗粒的质量分数为1.5%；
（3）将两片ITO玻片相互平行并竖直浸入SiO2颗粒悬浮液中，其中，两ITO玻片的间距为0.5cm，在两ITO玻片上通9V电压，通电20s后以0.4cm/min的速度提拉正极ITO玻片，最后于60℃烘干ITO玻片即获得SiO2胶体晶体模板；
（4）在50℃下将醋酸钡溶解于醋酸水溶液中形成溶液C，醋酸钡的摩尔浓度为0.8mol/L，将钛酸丁酯加入无水乙醇中形成溶液D，钛酸丁酯的摩尔浓度为0.7mol/L，其中醋酸钡与钛酸丁酯的摩尔比为1：1，将溶液D加入溶液C中，搅拌混合形成均匀透明的溶液，再加入摩尔数为钛酸丁酯摩尔数2倍的冰醋酸即形成溶胶，在空气中放置10h后形成凝胶，将SiO2胶体晶体模板以一定角度浸入凝胶中5min，缓慢提拉出膜层，用吸附纸除去表面过量的溶液；
（5）在膜层表面压上一清洗烘干的玻片形成双基片，将其水平放置后在80℃下烘干，将双基片在750℃下煅烧4h后，将膜层浸入质量浓度15%的NaOH溶液中6h，用去离子水清洗后烘干即获得钛酸钡空心球。
实施例2
一种钛酸钡空心球的制备方法，包括如下步骤：
（1）配制质量浓度0.12%的KCl水溶液，分别配置正硅酸乙酯的乙醇溶液A以及氨水的乙醇溶液B，其中溶液A与溶液B中无水乙醇量相等，无水乙醇总量与氨水的体积比为10：1，氨水的用量与正硅酸乙酯的体积比为5：1，再将5mL的KCl水溶液加入到溶液B中，KCl水溶液与氨水的体积比为1：5，然后在不停搅拌下将溶液A加入溶液B中，反应22h后，分离沉淀，离心洗涤后于60℃干燥，得到表面改性的SiO2纳米球或亚微米球粉体；
（2）称量SiO2粉体，将其超声分散于甲醇中，超声时间为3h，获得SiO2颗粒悬浮液，其颗粒的质量分数为3%；
（3）将两片ITO玻片相互平行并竖直浸入SiO2颗粒悬浮液中，其中，两ITO玻片的间距为0.6cm，在两ITO玻片上通14V电压，通电40s后以0.6cm/min的速度提拉正极ITO玻片，最后于60℃烘干ITO玻片即获得SiO2胶体晶体模板；
（4）在60℃下将醋酸钡溶解于醋酸水溶液中形成溶液C，醋酸钡的摩尔浓度为1.2mol/L，将钛酸丁酯加入无水乙醇中形成溶液D，钛酸丁酯的摩尔浓度为1mol/L，其中醋酸钡与钛酸丁酯的摩尔比为1：1，将溶液D加入溶液C中，搅拌混合形成均匀透明的溶液，再加入摩尔数为钛酸丁酯摩尔数3倍的冰醋酸即形成溶胶，在空气中放置10h后形成凝胶，将SiO2胶体晶体模板以一定角度浸入凝胶中5min，缓慢提拉出膜层，用吸附纸除去表面过量的溶液；
（5）在膜层表面压上一清洗烘干的玻片形成双基片，将其水平放置后在100℃下烘干，将双基片在900℃下煅烧4h后，将膜层浸入质量浓度20%的NaOH溶液中6h，用去离子水清洗后烘干即获得钛酸钡空心球。
实施例3
一种钛酸钡空心球的制备方法，包括如下步骤：
（1）配制质量浓度为0.1%的KCl水溶液，分别配置正硅酸乙酯的乙醇溶液A以及氨水的乙醇溶液B，其中溶液A与溶液B中无水乙醇量相等，无水乙醇总量与氨水的体积比为8.5：1，氨水的用量与正硅酸乙酯的体积比为3.25：1，再将3mL的KCl水溶液加入到溶液B中，KCl水溶液与氨水的体积比为1：3.25，然后在不停搅拌下将溶液A加入溶液B中，反应21h后，分离沉淀，离心洗涤后于55℃干燥，得到表面改性的SiO2纳米球或亚微米球粉体；
（2）称量SiO2粉体，将其超声分散于乙醇中，超声时间为2.5h，获得SiO2颗粒悬浮液，其颗粒的质量分数为2.2%；
（3）将两片ITO玻片相互平行并竖直浸入SiO2颗粒悬浮液中，其中，两ITO玻片的间距为0.55cm，在两ITO玻片上通12V电压，通电30s后以0.5cm/min的速度提拉正极ITO玻片，最后于60℃烘干ITO玻片即获得SiO2胶体晶体模板；
（4）在55℃下将醋酸钡溶解于醋酸水溶液中形成溶液C，醋酸钡的摩尔浓度为1mol/L，将钛酸丁酯加入无水乙醇中形成溶液D，钛酸丁酯的摩尔浓度为0.85mol/L，其中醋酸钡与钛酸丁酯的摩尔比为1：1，将溶液D加入溶液C中，搅拌混合形成均匀透明的溶液，再加入摩尔数为钛酸丁酯摩尔数2.5倍的冰醋酸即形成溶胶，在空气中放置11h后形成凝胶，将SiO2胶体晶体模板以一定角度浸入凝胶中5min，缓慢提拉出膜层，用吸附纸除去表面过量的溶液；
（5）在膜层表面压上一清洗烘干的玻片形成双基片，将其水平放置后在90℃下烘干，将双基片在800℃下煅烧3.5h后，将膜层浸入质量浓度16%的NaOH溶液中5h，用去离子水清洗后烘干即获得钛酸钡空心球。
本发明中，当二氧化硅胶体晶体的浸入角度为与水平方向呈45～60度时，效果更佳。
Claims (1)
1.一种钛酸钡空心球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)配制质量浓度为0.08％～0.12％的KCl水溶液，分别配置正硅酸乙酯的乙醇溶液A以及氨水的乙醇溶液B，其中溶液A与溶液B中无水乙醇量相等，无水乙醇总量与氨水的体积比为(5～10)：1，氨水的用量与正硅酸乙酯的体积比为(2～5)：1，再将2～5mL的KCl水溶液加入到溶液B中，KCl水溶液与氨水的体积比为1：(1～5)，然后在不停搅拌下将溶液A加入溶液B中，反应20～22h后，分离沉淀，离心洗涤后于50～60℃干燥，得到表面改性的SiO2纳米球或亚微米球粉体；
(2)称量SiO2粉体，将其超声分散于有机溶液中，超声时间为2～3h，获得SiO2颗粒悬浮液，其颗粒的质量分数为1.5％～3％；
(3)将两片ITO玻片相互平行并竖直浸入SiO2颗粒悬浮液中，其中，两ITO玻片的间距为0.5～0.6cm，在两ITO玻片上通9～14V电压，通电20～40s后以0.4～0.6cm/min的速度提拉正极ITO玻片，最后于60℃烘干ITO玻片即获得SiO2胶体晶体模板；
(4)在50～60℃下将醋酸钡溶解于醋酸水溶液中形成溶液C，醋酸钡的摩尔浓度为0.8～1.2mol/L，将钛酸丁酯加入无水乙醇中形成溶液D，钛酸丁酯的摩尔浓度为0.7～1mol/L，其中醋酸钡与钛酸丁酯的摩尔比为1：1，将溶液D加入溶液C中，搅拌混合形成均匀透明的溶液，再加入摩尔数为钛酸丁酯摩尔数2～3倍的冰醋酸即形成溶胶，在空气中放置10～12h后形成凝胶，将SiO2胶体晶体模板以一定角度浸入凝胶中5min，缓慢提拉出膜层，用吸附纸除去表面过量的溶液；
(5)在膜层表面压上一清洗烘干的玻片形成双基片，将其水平放置后在80～100℃下烘干，将双基片在750～900℃下煅烧3～4h后，将膜层浸入质量浓度15～20％的NaOH溶液中5～6h，用去离子水清洗后烘干即获得钛酸钡空心球；
所述步骤(2)中的有机溶液为乙醇或甲醇；
所述步骤(4)中SiO2胶体晶体的浸入角度为与水平方向呈45～60度。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Granted publication date: 20160420 |