CN104496463B - 表面活性剂辅助原位共沉淀制备核壳结构纳米粉体的方法 - Google Patents

表面活性剂辅助原位共沉淀制备核壳结构纳米粉体的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了表面活性剂辅助原位共沉淀制备核壳结构纳米粉体的方法，制备流程如下：按精确化学计量比称取钡、锶、镁的硝酸盐溶于水中制得A溶液，按精确化学计量比称取钛酸丁酯溶于乙醇‑草酸溶液制得B溶液，称取一定量表面活性剂溶于热水‑醇溶于制得C溶液，将氨水缓慢滴入A、B和C的混合溶液中进行共沉淀反应，并控制反应体系的pH=2，沉淀物经抽滤、洗涤、热处理及研磨后得到结晶度高的Ba1‑n Sr n TiO3@MgO核壳结构纳米粉体。本发明制备工艺简单、周期短、成本低，且获得的纳米复相粉体分散性好、粒径均一、结晶度高且具有包覆结构，可以达到实用化的目的。

Description

表面活性剂辅助原位共沉淀制备核壳结构纳米粉体的方法
技术领域
本发明属于化工技术领域，具体涉及一种表面活性剂辅助原位共沉淀制备核壳结构纳米粉体的方法。
背景技术
钛酸锶钡铁电材料(Ba1-n Sr n TiO3，BST)因其居里温度随Ba/Sr比例可调且在顺电态具有较强的介电非线性、较低的介电损耗等特点，使其在调谐器、滤波器、移相器等微波器件方面具有广泛的应用前景，成为近年来国内外研究热点之一。但BST铁电材料在微波频段的介电常数较高，很难满足其与激励源内部阻抗匹配和高功率的器件应用要求。而利用低介电常数的微波介质MgO与之复合，能有效降低其介电常数。然而，两相揉合烧结的复相陶瓷存在着较大的非本征损耗，极大限制其广泛的应用。为了克服两相揉合烧结制备复合材料容易出现颗粒粗大、界面结合强度低、分布不均匀、致密度差等缺点，急需开发分散性好、粒径均一、结晶度高且具有包覆结构的复相粉体制备技术。
此外，MgO还作为催化剂广泛用于酯交换反应、苄基化反应、氧化反应等催化工业，并通过与NiO、SrO及MgGa2O4等氧化物复合来改善催化性能。因此，Ba1-n Sr n TiO3@MgO核壳结构纳米粉体在催化工艺也存在潜在应用。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的旨在提供一种分散性好、粒径均一、结晶度高且具有包覆结构的纳米复相粉体的原位共沉淀制备方法。
所述的表面活性剂辅助原位共沉淀制备核壳结构纳米粉体的方法，其特征在于由以下步骤组成：
1）按化学式中Ba、Sr、Mg的摩尔比，将Ba、Sr、Mg的硝酸盐原料溶于去离子水中，配制A溶液，其中Ba、Sr、Mg的硝酸盐原料总和与去离子水的料液比为mol/L=1:0.5-5；
2）将草酸溶于乙醇溶液中，草酸和乙醇溶液的料液比为mol/L=1:1-5，配制草酸-乙醇溶液；
3）将钛酸丁酯溶于步骤2）制得的草酸-乙醇溶液中，钛酸丁酯和草酸的摩尔比为1:2，配制B溶液；
4）将表面活性剂溶于水溶液或乙醇溶液或水-乙醇的混合溶液中，在60℃下搅拌0.5h配制C溶液，其中表面活性剂和溶液的料液比为mol/L=1:0.1-5；
5）将步骤1）制得的A溶液、步骤3）制得的B溶液与步骤4）制得的C溶液混合、搅拌均匀，然后缓慢加入氨水调节其pH=2，得到Ba1-n Sr n TiO3@MgO前驱体溶液，0<n <1；
6）将步骤5）制得的前驱体溶液进行共沉淀反应48h，然后经抽滤、蒸馏水和乙醇溶液反复洗涤，置于烘箱于70～150℃的温度条件下蒸干，得沉淀物；
7）将步骤6）蒸干的沉淀物经900℃热处理2-8h得到Ba1-n Sr n TiO3@MgO核壳结构纳米粉体。
所述的表面活性剂辅助原位共沉淀制备核壳结构纳米粉体的方法，其特征在于步骤1）中Ba、Sr、Mg的硝酸盐原料和与去离子水的料液比为mol/L=1:0.5-2。
所述的表面活性剂辅助原位共沉淀制备核壳结构纳米粉体的方法，其特征在于步骤2）中草酸和乙醇溶液料液比为mol/L=1:1-2。
所述的表面活性剂辅助原位共沉淀制备核壳结构纳米粉体的方法，其特征在于步骤4）中表面活性剂为油酸和十二烷基磺酸钠。
所述的表面活性剂辅助原位共沉淀制备核壳结构纳米粉体的方法，其特征在于步骤4）中表面活性剂和溶液的料液比为mol/L=1:0.1-3。
本发明制备工艺简单、周期短、成本低，且获得的纳米复相粉体分散性好、粒径均一、结晶度高且具有包覆结构，可以达到实用化的目的。
附图说明
图1为表面活性剂修饰Ba1-n Sr n TiO3@MgO纳米粉体的X射线衍射分析图谱；其中，a为油酸修饰，b为十二烷基磺酸钠修饰；
图2为油酸修饰Ba1-n Sr n TiO3@MgO纳米粉体的透射电镜图；
图3为油酸修饰Ba1-n Sr n TiO3@MgO纳米粉体的X射线能谱图；
图4为十二烷基磺酸钠修饰Ba1-n Sr n TiO3@MgO纳米粉体的透射电镜图。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明的技术方案。
原料来源：硝酸钡(99.5%，阿拉丁试剂(上海)有限公司)、硝酸锶(99.5%，阿拉丁试剂(上海)有限公司)、硝酸镁(99.0%，阿拉丁试剂(上海)有限公司)、钛酸丁酯(98%，国药集团上海化学试剂有限公司)、草酸(99.5%，国药集团上海化学试剂有限公司)、油酸(分析纯，阿拉丁试剂(上海)有限公司)和十二烷基磺酸钠(98.0%，阿拉丁试剂(上海)有限公司)。
实施例1
1）将一份0.05mol的硝酸钡、0.05mol的硝酸锶和0.1mol的硝酸镁溶于200ml去离子水中，搅拌均匀得到含Ba、Sr和Mg的溶液；
2）将0.2mol草酸溶于200ml乙醇中搅拌均匀，得到草酸-乙醇溶液；
3）将一份0.1mol的钛酸丁酯溶于上述的草酸-乙醇溶液中搅拌均匀，得到草酸钛溶液；
4）将一份0.0263mol（10ml）油酸溶于50ml乙醇溶液中，于60℃的温度条件下搅拌均匀，得到表面活性剂溶液；
5）将上述得到含Ba、Sr、Mg的溶液和含Ti的溶液以及表面活性剂溶液混合、搅拌均匀，然后缓慢加入氨水调节其pH=2，得到油酸修饰的Ba0.5Sr0.5TiO3@MgO前驱体溶液；
6）将上述Ba0.5Sr0.5TiO3@MgO前驱体溶液进行共沉淀反应48h，然后经抽滤、蒸馏水和乙醇溶液反复洗涤，置于烘箱在120℃温度下蒸干，然后置于马弗炉中在900℃温度下热处理4h，经研磨得到Ba0.5Sr0.5TiO3@MgO粉体。
油酸修饰的凝胶经900℃热处理得到的Ba0.5Sr0.5TiO3@MgO粉体的X射线衍射分析图谱如图1中a所示。从图1中a可看出，粉体形成了BST和MgO的复相结构。
图2和图3分别给出了油酸修饰的凝胶经900℃热处理得到的Ba0.5Sr0.5TiO3@MgO粉体的透射电镜图和X射线能谱图。从透射电镜的明暗场，（见图2）可看出，Ba0.5Sr0.5TiO3@MgO粉体具有核壳结构；通过X射线能谱的（见图3）线扫描分析进一步证实了Ba0.5Sr0.5TiO3@MgO粉体的核壳结构。
实施例2
1）将一份0.05mol的硝酸钡、0.05mol的硝酸锶和0.1mol的硝酸镁溶于200ml去离子水中，搅拌均匀得到含Ba、Sr和Mg的溶液；
2）将0.2mol草酸溶于200ml乙醇中搅拌均匀，得到草酸-乙醇溶液；
3）将一份0.1mol的钛酸丁酯溶于上述的草酸-乙醇溶液中搅拌均匀，得到草酸钛溶液；
4）将一份0.0367mol（10g）十二烷基磺酸钠溶于50ml的去离子水中，于60℃温度条件下搅拌均匀，得到表面活性剂溶液；
5）将上述得到含Ba、Sr、Mg的溶液和含Ti的溶液以及表面活性剂溶液混合、搅拌均匀，然后缓慢加入氨水调节其pH=2，得到油酸修饰的Ba0.5Sr0.5TiO3@MgO前驱体溶液；
6）将上述Ba0.5Sr0.5TiO3@MgO前驱体溶液进行共沉淀反应48h，然后经抽滤、蒸馏水和乙醇溶液反复洗涤，置于烘箱在120℃温度下蒸干，然后置于马弗炉中在900℃温度下热处理4h，经研磨得到Ba0.5Sr0.5TiO3@MgO粉体。
十二烷基磺酸钠修饰的凝胶经900℃热处理得到的Ba0.5Sr0.5TiO3@MgO粉体的X射线衍射分析图谱如图1中b所示。从图1中b可看出，粉体形成了BST和MgO的复相结构。
图4给出了十二烷基磺酸钠修饰的凝胶经900℃热处理得到的Ba0.5Sr0.5TiO3@MgO粉体的透射电镜图。从透射电镜的明暗场（见图4）可看出，Ba0.5Sr0.5TiO3@MgO粉体具有核壳结构。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。在本发明的精神和权利要求的保护范围内，在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.表面活性剂辅助原位共沉淀制备核壳结构纳米粉体的方法，其特征在于由以下步骤组成：
1）按化学式中Ba、Sr、Mg的摩尔比，将Ba、Sr、Mg的硝酸盐原料溶于去离子水中，配制A溶液，其中Ba、Sr、Mg的硝酸盐原料总和与去离子水的料液比为mol/L=1:0.5-5；
2）将草酸溶于乙醇溶液中，草酸和乙醇溶液的料液比为mol/L=1:1-5，配制草酸-乙醇溶液；
3）将钛酸丁酯溶于步骤2）制得的草酸-乙醇溶液中，钛酸丁酯和草酸的摩尔比为1:2，配制B溶液；
4）将表面活性剂溶于水溶液或乙醇溶液或水-乙醇的混合溶液中，在60℃下搅拌0.5h配制C溶液，其中表面活性剂和溶液的料液比为mol/L=1:0.1-5；所述表面活性剂为油酸和十二烷基磺酸钠；
5）将步骤1）制得的A溶液、步骤3）制得的B溶液与步骤4）制得的C溶液混合、搅拌均匀，然后缓慢加入氨水调节其pH=2，得到Ba1-n Sr n TiO3-MgO前驱体溶液，0<n <1；
6）将步骤5）制得的前驱体溶液进行共沉淀反应48h，然后经抽滤、蒸馏水和乙醇溶液反复洗涤，置于烘箱于70～150℃的温度条件下蒸干，得沉淀物；
7）将步骤6）蒸干的沉淀物经900℃热处理2-8h得到Ba1-n Sr n TiO3-MgO核壳结构纳米粉体。
2.根据权利要求1所述的表面活性剂辅助原位共沉淀制备核壳结构纳米粉体的方法，其特征在于步骤1）中Ba、Sr、Mg的硝酸盐原料和与去离子水的料液比为mol/L=1:0.5-2。
3.根据权利要求1所述的表面活性剂辅助原位共沉淀制备核壳结构纳米粉体的方法，其特征在于步骤2）中草酸和乙醇溶液料液比为mol/L=1:1-2。
4.根据权利要求1所述的表面活性剂辅助原位共沉淀制备核壳结构纳米粉体的方法，其特征在于步骤4）中表面活性剂和溶液的料液比为mol/L=1:0.1-3。
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