CN104030676A - 钛酸锶钡纳米粉体的制备方法 - Google Patents

钛酸锶钡纳米粉体的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钛酸锶钡纳米粉体的制备方法：首先配制钛-柠檬酸-乙二醇溶液，再将钛酸钡、钛酸锶加入上述溶液，制得稳定的钛酸锶钡溶胶；再将的钛酸锶钡溶胶于80～120℃烘干，形成干凝胶；再于600～800℃热处理，得到钛酸钡锶纳米粉体。本发明较之现有技术降低了生产成本，纳米粉体具有粒径小、团聚低、组成均匀等优点，且制备过程简单，周期短，是一种Sol-Gel法制备钛酸锶钡纳米粉体的新工艺，具有广阔的应用前景。

Description

钛酸锶钡纳米粉体的制备方法
技术领域
本发明属于电子信息材料与元器件领域，特别涉及一种用于微波调谐元器件的钛酸锶钡材料的制备方法。
背景技术
钛酸锶钡(Ba1-xSrxTiO3,简称BST)因其优异的光、电、磁等性能被广泛应用于电容器、电光器件、铁电存储器和相移天线等领域。BST是ABO3型复合钙钛矿结构的铁电材料，通过调整其Ba/Sr的比例,就可以获得不同的居里温度、热释电和介电性能。
BST材料的性能与其粉体尺寸密切相关，随着晶粒的减小，材料的居里温度变低，相变温区变宽。从理论上讲，具有超细晶粒及高致密度的BST陶瓷具有良好的介电性能。如何制备超细钛酸锶钡粉体已引起极大关注。钛酸锶钡纳米粉体的制备方法主要有溶胶-凝胶(Sol-Ge)法、微波水热法、液相共沉淀法、高温固相法和气相燃烧法等。与其他方法相比，溶胶-凝胶法制备纳米粉体具有均匀性好、化学计量比容易控制、设备简单等优点，已被广泛用于铁电材料的制备；
传统溶胶-凝胶法制备BST纳米粉体多采用钡、锶的醇盐或醋酸盐和钛酸四丁酯作原料，成本较高，原料化学性质不稳定且不易获得。以碳酸钡、碳酸锶及二氧化钛作为原料采用Sol-Gel制备BST纳米粉体未见报道；本发明利用二氧化钛代替钛酸四丁酯，碳酸盐代替部份醇盐，采用Sol-Gel技术来制备Ba1-xSrxTiO3(BST)纳米粉体的新工艺。
发明内容
本发明采用Sol-Ge方法，以二氧化钛代替钛酸四丁酯，以碳酸盐代替部份醇盐，提供一种制备钛酸锶钡纳米粉体的新型制备方法，以克服传统方法的原料成本较高、化学性质不稳定的缺点，达到降低生产成本、提高纳米粉体性能的目的。
本发明通过如下技术方案予以实现：
本发明的一种钛酸锶钡纳米粉体的制备方法，步骤如下：
(1)配制钛-柠檬酸-乙二醇溶液
①根据钛酸锶钡的化学计量比称取二氧化钛粉体，将二氧化钛粉体放入氢氟酸中，水浴加热至其全部溶解；
②向步骤①的溶液中加入氨水，中和反应生成偏钛酸沉淀；
③抽滤、洗涤步骤②所得偏钛酸沉淀，将偏钛酸加入硝酸中，磁力搅拌至沉淀完全溶解，得到硝酸钛溶液；其中偏钛酸与硝酸的摩尔比为1:2；
④向步骤③所得硝酸钛溶液中加入柠檬酸，磁力搅拌使柠檬酸完全溶解；再向溶液中加入乙二醇溶液，加热磁力搅拌2h使溶液混合均匀，其中硝酸钛、柠檬酸与乙二醇之间的摩尔比为1:8:8；
⑤将步骤④所得溶液静置24h，使反应进行完全，得到钛-柠檬酸-乙二醇的硝酸水溶液；溶液经60℃磁力搅拌加热4h，得到稳定的钛-柠檬酸-乙二醇水溶液；
(2)根据钛酸锶钡的化学计量比称取钛酸钡、钛酸锶，将其加入步骤(1)的钛-柠檬酸-乙二醇溶液中，磁力搅拌加热至粉体全部溶解，得到钛-钡-锶-柠檬酸-乙二醇溶液；溶液经60℃磁力搅拌加热12h，得到稳定的钛酸锶钡溶胶；
(3)将步骤(2)所得的溶胶置于烘箱中，于80～120℃烘干，形成干凝胶；
(4)将步骤(3)所得的干凝胶置于高温炉中，于600～800℃热处理，得到钛酸钡锶纳米粉体。
所述步骤(3)的烘干温度为100℃。
所述步骤(4)的热处理温度为700℃。
本发明钛酸锶钡纳米粉体新型制备方法，以碳酸钡、碳酸锶及二氧化钛为原料，替代部份醇盐及钛酸四丁酯，降低了材料的生产成本。此外，本发明获得的钛酸锶钡纳米粉体性具有粒径小、团聚低、组成均匀等优点，且制备过程简单，周期短，是一种Sol-Gel法制备钛酸锶钡纳米粉体的新工艺，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
本发明所用原料均为市售分析纯原料，下面通过具体实施例对本发明做进一步描述。
本发明钛酸锶钡纳米粉体的制备方法，步骤如下：
1.配制钛-柠檬酸-乙二醇溶液
⑴根据Ba1-xSrxTiO3(x＝0.3～0.5)的化学计量比称取TiO2粉体，将TiO2加入HF中，水浴加热至其全部溶解；
⑵向步骤⑴的溶液中加入氨水，中和反应生成偏钛酸沉淀；
⑶抽滤、洗涤步骤⑵所得偏钛酸沉淀，然后将偏钛酸加入硝酸中，磁力搅拌至沉淀完全溶解，得到硝酸钛溶液；其中偏钛酸与硝酸的摩尔比为1:2；
⑷向步骤⑶所得硝酸钛溶液中加入柠檬酸，磁力搅拌使柠檬酸完全溶解；再向溶液中加入乙二醇溶液，加热磁力搅拌2h使溶液混合均匀，其中硝酸钛、柠檬酸与乙二醇之间的摩尔比为1:8:8；
⑸将步骤⑷所得溶液静置24h，使反应进行完全，得到钛-柠檬酸-乙二醇的硝酸水溶液；溶液经60℃磁力搅拌，加热4h，得到稳定的钛-柠檬酸-乙二醇水溶液。
2.根据钛酸锶钡的化学计量比称取BaCO3、SrCO3，将其加入上述钛-柠檬酸-乙二醇溶液中，磁力搅拌加热至粉体全部溶解，得到钛-钡-锶-柠檬酸-乙二醇溶溶液；溶液经60℃磁力搅拌加热12h，得到稳定的钛酸锶钡溶胶。
3.将步骤2所得的溶胶置于烘箱中，于80～120℃烘干，形成干凝胶。
4.将步骤3所得的干凝胶置于高温炉中，于500热处理得到钛酸锶钡纳米粉体。
本发明具体实施例的原料用量及薄膜热处理温度(T)关系见表1。
表1
通过以上实施例所制备薄膜，采用日本理学公司DMAX/RC型X射线衍射仪测试，薄膜为立方相结构；采用场发射扫描电镜(JEOL JSM-7600F，Japan)测试，以上实施例钛酸锶钡纳米粉体颗粒的平均粒径为50～70nm。

Claims (3)

1.一种钛酸锶钡纳米粉体的制备方法，具有如下步骤：
(1)配制钛-柠檬酸-乙二醇溶液
①根据钛酸锶钡的化学计量比称取二氧化钛粉体，将二氧化钛粉体放入氢氟酸中，水浴加热至其全部溶解；
②向步骤①的溶液中加入氨水，中和反应生成偏钛酸沉淀；
③抽滤、洗涤步骤②所得偏钛酸沉淀，将偏钛酸加入硝酸中，磁力搅拌至沉淀完全溶解，得到硝酸钛溶液；其中偏钛酸与硝酸的摩尔比为1:2；
④向步骤③所得硝酸钛溶液中加入柠檬酸，磁力搅拌使柠檬酸完全溶解；再向溶液中加入乙二醇溶液，加热磁力搅拌2h使溶液混合均匀，其中硝酸钛、柠檬酸与乙二醇之间的摩尔比为1:8:8；
⑤将步骤④所得溶液静置24h，使反应进行完全，得到钛-柠檬酸-乙二醇的硝酸水溶液；溶液经60℃磁力搅拌加热4h，得到稳定的钛-柠檬酸-乙二醇水溶液；
(2)根据钛酸锶钡的化学计量比称取钛酸钡、钛酸锶，将其加入步骤(1)的钛-柠檬酸-乙二醇溶液中，磁力搅拌加热至粉体全部溶解，得到钛-钡-锶-柠檬酸-乙二醇溶液；溶液经60℃磁力搅拌加热12h，得到稳定的钛酸锶钡溶胶；
(3)将步骤(2)所得的溶胶置于烘箱中，于80～120℃烘干，形成干凝胶；
(4)将步骤(3)所得的干凝胶置于高温炉中，于600～800℃热处理，得到钛酸钡锶纳米粉体。
2.根据权利要求1所述的钛酸锶钡纳米粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)的烘干温度为100℃。
3.根据权利要求1所述的钛酸锶钡纳米粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)的热处理温度为700℃。
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