CN109850938A - 钛酸锶球状纳米晶体的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钛酸锶球状纳米晶体的制备方法，主要解决传统的钛酸锶制备方法复杂、容易产生杂质，钛酸锶粉体的纯度和粒径都很难达到要求的问题。其实现方案是：向配制好的锶钛混合溶液中加入两性表面活性剂十二烷基二甲基胺乙内酯水溶液或椰油酰胺丙基甜菜碱水溶液，获得两性表面活性剂改性的锶钛混合溶液；然后向其加入制备好的氢氧化钠溶液，获得两性表面活性剂改性的锶钛纳米沉淀物；再对该纳米沉淀物依次进行过滤、洗涤、干燥、研磨、烘干、烧结，得到钛酸锶球状纳米晶体。本发明制备操作要求简单，制备周期短，适于工业化生产，样品分散性好，不团聚，具备了晶界层电容器制备要求的特征，能广泛应用在收音机、电视机、计算机电路中。

Description

钛酸锶球状纳米晶体的制备方法

技术领域

本发明属于化工材料技术领域，特别涉及一种钛酸锶球状纳米晶体制备方法，可用于光催化以及中高压大容量陶瓷电容器、晶界层电容器、压敏电阻器、PTC热敏电阻器、多功能传感器这些电子功能陶瓷材料和器件，也可用于各种微电子异质结构、微型传感器、太阳能电池、多层陶瓷电容器和微型热电器件这些微纳米器件的前沿开发研究。

背景技术

钛酸锶是一种典型的钙钛矿型电子材料，具有独特的化学性质和物理性质，即光催化和压电性，铁电性和高介电常数，由于其优异的物理和化学性能，再加上其优异的耐光腐蚀性、稳定性和易于掺杂以控制电性能的因素，因而是一种非常有应用前景的光催化剂。钛酸锶作为一种重要的钙钛矿结构半导体，其带隙约3.2eV，因此，其在各种微电子异质结构、氧传感器、太阳能电池、多层电容器和热电器件中有着广阔的应用前景，越来越受到人们的关注，正在成为使用最为广泛的钙钛矿型材料之一。

钛酸锶纳米晶体的结构、尺寸和形貌等因素对材料的性能有重要影响，通过控制钛酸锶晶体生长过程可以调整其结构、尺寸和形貌。为了获得具有不同优异功能的钛酸锶纳米材料，研究具有可控形态和粒径大小的单分散钛酸锶纳米晶体已引起广泛关注。

近年来，纳米技术的快速发展和纳米材料的独特性质为纳米钛酸锶材料的发展带来了新的机遇。随着科技的发展，电子陶瓷元件在精度、可靠性、多功能和小型化等方面的需求日益增加。因此，高纯度、超细、均匀钛酸锶晶体的制备和研究已成为一个活跃的领域。目前，制备纳米钛酸锶的方法有很多，主要有：高温固相法，水热法，化学沉淀法，溶胶-凝胶法，微波法等，但大多都没有形成工业化生产，国内需求的高品质SrTiO₃粉体均需要从国外进口，究其原因主要有以下不足：

1.纳米钛酸锶特别容易出现“团聚”现象。

纳米钛酸锶是一种颗粒十分微小的固体粉末材料，它的表面结构与普通钛酸锶相比都有所不同，因此它具有一些特殊的性质，如小尺寸效应和表面效应等。但与此同时，纳米钛酸锶也表现出了较高的表面能，特别容易出现“团聚”现象，阻碍了其发展和应用。例如：高温固相法制备过程需要非常高的能量，反应必须在高温下进行，反应粒子尺寸大，粒度分布宽，固体混合比较困难，原料也不能够完全反应，制得的粉体质量差，杂质含量较高，化学组成不单一；同时由于颗粒与具有宽尺寸分布的微米尺寸范围的初级颗粒容易产生团聚，难以满足一些高级电子功能陶瓷器件的需求。又如，微波合成法，其反应温度高，容易造成晶粒尺寸偏大，易混杂，得不到纯度高的粉体，表面活性差，易形成团聚体，反应进行不完全。

2.存在制备工艺复杂、工艺过程存在危险性、且对环境有危害、制备出试样的结果有待提升、制备工艺周期太长的缺点。例如：

中国专利CN201510444942.3公开了一种制备纳米钛酸锶粉体的方法。该方法是在磁力搅拌器的作用下，先将Sr(NO₃)₂溶于去离子水中；然后将钛酸四丁酯均匀地溶于无水乙醇中，并与所得的溶液相互混合；然后将KOH加入到所得的溶液，搅拌混合均匀；然后将所得的溶液移至水热反应釜聚四氟乙烯内衬中，将反应釜封好，置于烘箱中保温；再将体系转移到烧杯中，在搅拌作用下先后加入SPAN80和石油醚；最后将所得的反应滤液经去离子水和无水乙醇洗涤，在烘箱内干燥，得到钛酸锶粉体。该方法的不足之处在于：(1)水热反应釜的使用，增加了制备工艺的危险性和复杂性；(2)最后对试样用无水乙醇洗涤，增加了工艺的复杂性，并且，此含有乙醇的洗涤废液，对环境有危害。

中国专利CN201210103515.5公开了一种纳米钛酸锶催化剂的制备方法。该方法是以碳酸锶和钛酸丁酯为原料，用酒石酸水溶液为溶剂、分散剂和稳定剂，先制备碳酸锶的酒石酸溶液，再在70～90℃的恒温下继续搅拌制备出透明的均质溶胶，然后经80～100℃烘干和700～900℃焙烧得产品。该方法是应用固相法获得钛酸锶粉体，固相法的最大弱点是很难控制获得的粉体的晶粒大小的均匀性、分散性、以及其晶体形貌，且在团聚后显现出的二次颗粒尺寸也将是很大的，这会直接限制其使用效果、甚至不能使用。

中国专利CN200710018432.5公开了一种用乳酸助剂法制备纳米钛酸锶的方法。该方法是以锶盐和钛酸丁酯为原料，以乳酸为溶剂和抑制剂，再加入少量水促进水解。首先将碳酸锶溶解在乳酸里，然后在强烈的搅拌下，缓慢加入钛酸丁酯溶剂，加入硝酸和氨水调节溶胶pH值为4～5，溶胶在50～70℃下静置老化23～25h，得到均质透明的凝胶，再将凝胶在120～140℃的真空中干燥10～12h，得到干凝胶，将老化后的干凝胶在高温下煅烧获得纳米钛酸锶粉体。该方法的不足之处在于：(1)硝酸和氨水的使用，增加了制备工艺的危险性和复杂性；(2)制备工艺周期太长；(3)要求必须制备出透明的凝胶，且要求真空干燥，增加了制备工艺的复杂性。

中国专利CN98114550.7公开了一种纳米钛酸锶的制备方法。该方法是将锶盐水溶液逐滴加入到钛酸酯/钛醇盐的脂肪醇溶液中，直到滴加完，然后继续搅拌至形成白色均质凝胶，待凝胶老化表面析出脂肪醇溶剂和水，即可将凝胶在200～250℃、300～450℃、550～650℃、800～900℃每个温度段各烧结1～2h，制得钛酸锶粉体。该方法的不足之处在于：(1)将锶盐水溶液逐滴加入到钛酸酯/钛醇盐的脂肪醇溶液中，逐滴滴加，不利于工业化的大生产；(2)凝胶必须在200～250℃、300～450℃、550～650℃、800～900℃四个温度段中的每个温度段都要各烧结1～2h，再加上凝胶必须老化到其表面析出脂肪醇溶剂和水的制备工艺要求，这样制备周期时间太长，且增加了制备工艺复杂性。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种钛酸锶球状纳米晶体的制备方法，以避免纳米钛酸锶特别容易出现的“团聚”现象、提高纳米钛酸锶的分散性，并且降低工艺复杂度和降低制备过程中的危险性，减小对环境污染，缩短制备周期。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下：

(1)用钛酸丁酯和无水乙醇，配制出0.10～0.48mol/L钛酸丁酯溶液；

(2)用硝酸锶和去离子水，配制出0.068～0.297mol/L硝酸锶溶液；

(3)用氢氧化钠和去离子水，配制出1.525～6.607mol/L氢氧化钠溶液；

(4)用十二烷基二甲基胺乙内酯和去离子水，配制出两性表面活性剂十二烷基二甲基胺乙内酯水溶液；

(5)用椰油酰胺丙基甜菜碱和去离子水，配制出两性表面活性剂椰油酰胺丙基甜菜碱水溶液；

(6)制备锶钛混合溶液：

在室温温度为15～20℃下，将(1)配置的钛酸丁酯溶液转移到2000毫升的大烧杯中，并依次向其加入250毫升的去离子水和(2)中配置的350毫升的硝酸锶溶液，再用搅拌速度为60～100转/分钟的电动机械搅拌器进行搅拌混合3～4h，获得锶钛混合溶液；

(7)制备两性表面活性剂改性的锶钛混合溶液：

在室温温度为15～25℃下，向(6)中配置的锶钛混合溶液中，缓慢加入(4)中获取的0.1～2.5mL的两性表面活性剂十二烷基二甲基胺乙内酯水溶液或(5)中获取的0.1～2.6mL的椰油酰胺丙基甜菜碱水溶液，再用搅拌速度为100～150转/分钟的电动机械搅拌器进行搅拌混合1～2h，获得两性表面活性剂改性的锶钛混合溶液；

(8)制备两性表面活性剂改性的锶钛纳米沉淀物：

在室温温度为15～25℃下，向(7)中获取的两性表面活性剂改性的锶钛混合溶液中，缓慢加入(3)中获取的氢氧化钠溶液，再用搅拌速度为500～800转/分钟的电动机械搅拌器进行搅拌混合3～5h，获得两性表面活性剂改性的锶钛纳米沉淀物；

(9)制备两性表面活性剂改性的锶钛纳米试样：

用滤纸过滤出两性表面活性剂改性的锶钛纳米沉淀物，然后用去离子水对其洗涤，再将洗涤后的两性表面活性剂改性的锶钛纳米沉淀物试样转移至坩埚内，再将坩埚放入温度为80～100℃的干燥箱中进行10～12h的干燥后取出，最后获得两性表面活性剂改性的锶钛纳米试样；

(10)制备钛酸锶纳米晶体：

对(9)中制备的两性表面活性剂改性的锶钛纳米试样进行研磨，并通过红外烘干，再将其装入坩埚，将此坩埚水平放入烧结温度为600～800℃、升温速率为60～150℃/h的马弗炉中烧结5～7h后，获得形貌为球形、球的直径为0.1μm～0.5μm的钛酸锶纳米晶体。

所述的配制出钛酸丁酯溶液，是先将250mL无水乙醇装入烧杯；然后，用针管抽取密度为0.966g/cm³、体积为8.8～42.3mL的液态的钛酸丁酯；之后，将针管抽取的钛酸丁酯注入250mL无水乙醇中，并同时用电动机械搅拌器以60转/分钟速度进行混合搅拌2分钟，获得0.10～0.48mol/L钛酸丁酯溶液。

所述的配制出硝酸锶水溶液，是将7.245～31.395g的硝酸锶溶入到500mL去离子水中混合，配制成浓度为0.068～0.297mol/L的硝酸锶水溶液；然后，将漏斗架到仪器支架上面，将干净的烧杯放到漏斗下面，将滤纸折叠铺到漏斗上面；之后，将得到的没有去除杂质的硝酸锶水溶液按40mL/min的速度倒到滤纸上面，获得去除杂质后的硝酸锶水溶液。

所述的配制出氢氧化钠水溶液，是将30.5～132.14g的NaOH溶入到500mL去离子水中混合，配制成浓度为1.525～6.607mol/L的NaOH溶液。

所述的配制出两性表面活性剂十二烷基二甲基胺乙内酯水溶液，是先将50mL去离子水装入烧杯；然后，用针管抽取密度为271.44g/cm³、体积为0.1～2.5mL的液态的十二烷基二甲基胺乙内酯；之后，将针管抽取的十二烷基二甲基胺乙内酯注入此50mL去离子水中，并同时用电动机械搅拌器以100转/分钟速度进行混合搅拌3分钟，获得十二烷基二甲基胺乙内酯水溶液。

所述的配制出两性表面活性剂椰油酰胺丙基甜菜碱水溶液，是先将50mL去离子水装入烧杯；然后，用针管抽取密度为0.56g/cm³、体积为0.1～2.6mL的液态的椰油酰胺丙基甜菜碱；之后，将针管抽取的椰油酰胺丙基甜菜碱注入50mL去离子水中，并同时用电动机械搅拌器以200转/分钟速度进行混合搅拌3分钟，获得椰油酰胺丙基甜菜碱水溶液。

所述的用去离子水对两性表面活性剂改性的锶钛纳米沉淀物洗涤，是先向两性表面活性剂改性的锶钛纳米沉淀物中加入700mL的去离子水，然后用保鲜膜封住烧杯口，并静置2～4小时，再揭下烧杯口的保鲜膜，倒掉上层清液，如此反复3～4次。

所述的对两性表面活性剂改性的锶钛纳米试样进行研磨，是先将0.3kg的两性表面活性剂改性的锶钛纳米试样和0.3kg的水配成浆料加入球磨罐中，并在球磨罐中装入质量为0.5kg的玛瑙磨球，再将球磨罐装到转速为1500～1800转/小时的星型球磨机上球磨1～2小时。

所述的对两性表面活性剂改性的锶钛纳米试样进行红外烘干，是先将球磨罐中获得的浆料倒入蒸发皿，再将此装有浆料的蒸发皿放入红外烘箱，烘干0.3～0.5小时。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.本发明获得的钛酸锶为球状纳米晶体，其具有较大的表面积和纯度，能成为理想的光催化水解电极材料。

由于被光催化分解水具有在溶液和阳光下使用粉末的简单性，从水中产生H₂和O₂，提供清洁的能源氢燃料，而不产生温室气体或对大气有许多不利影响，因而SrTiO₃可以作为光催化分解水的电极材料的最佳候选材料之一。

2.本发明的钛酸锶球状纳米晶体反应过程易于控制，且不会产生杂质，克服了传统的钛酸锶制备方法复杂、容易产生杂质、钛酸锶粉体的纯度和粒径都很难达到要求的缺点。

3.本发明的钛酸锶球状纳米晶体的制备操作要求简单，且制备周期短，纳米SrTiO₃的均匀性、纯度、粒度很容易通过调整工艺参数被严格控制，便于工业化大生产，克服了已有的制备方法中工艺复杂度高、制备过程中危险性较高、对环境污染严重、制备周期较长、且获得的SrTiO₃的均匀性、纯度、粒度都很难被控制的缺点。

4.本发明的钛酸锶球状纳米晶体更趋于具备了晶界层电容器制备要求的特征。由于钛酸锶晶粒表面或晶界能被氧化后产生薄的电阻层，以获得非常高的表观介电常数，因而它可以做成钛酸锶晶界层电容器，这种电容器能广泛应用在收音机、电视机、计算机等电路中。

5.本发明的钛酸锶为球径为0.1～0.5微米球状纳米晶体，晶粒大小均匀、分散性好，有利于钛酸锶晶粒的表面或晶界被氧化后产生薄的电阻层，能获得高的表观介电常数，克服了已有制备方法制备的钛酸锶粉体容易出现团聚及分散性差的缺点。

附图说明

图1是本发明制备试样的实验装置示意图；

图2是本发明的制作工艺流程图；

图3是对本发明实施例1制备试样的成份测试和微观形貌特征的结果；

图4是对本发明实施例2制备试样的成份测试和微观形貌特征的结果；

图5是对本发明实施例3制备试样的成份测试和微观形貌特征的结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。

参照图1，本发明制备试样的实验装置包括：1为水浴锅，2为电动机械搅拌器，3为2000毫升的烧杯。

参照图2，本发明制备钛酸锶球状纳米晶体的方法，给出如下三种实施例：

实施例1：制备形貌为球状，球的直径为0.1μm的钛酸锶纳米晶体。

步骤1，用钛酸丁酯和无水乙醇，配制出钛酸丁酯溶液。

本步骤的配置过程如下：

(1a)将250mL无水乙醇装入烧杯；

(1b)用针管抽取密度为0.966g/cm³、体积为8.8mL的液态的钛酸丁酯；

(1c)将(1b)中获取的针管抽取的钛酸丁酯注入250mL无水乙醇中，并同时用电动机械搅拌器以60转/分钟速度进行混合搅拌2分钟，获得0.10mol/L的钛酸丁酯溶液。

步骤2，用硝酸锶和去离子水，配制出硝酸锶溶液。

本步骤的配置过程如下：

(2a)将7.245g的硝酸锶溶入到500mL去离子水中混合，配制成浓度为0.068mol/L的硝酸锶水溶液；

(2b)将漏斗架到仪器支架上面，将干净的烧杯放到漏斗下面，将滤纸折叠铺到漏斗上面；

(2c)将(2a)中获取的硝酸锶水溶液按40mL/min的速度倒到滤纸上面，获得去除杂质后的硝酸锶水溶液。

步骤3，用氢氧化钠和去离子水，配制出氢氧化钠溶液。

本步骤的配置过程如下：

(3a)将500mL去离子水装入烧杯；

(3b)将30.5g的NaOH溶入到(3a)配置的去离子水中混合，配制成浓度为1.525mol/L的氢氧化钠水溶液。

步骤4，用十二烷基二甲基胺乙内酯和去离子水，配制出两性表面活性剂十二烷基二甲基胺乙内酯水溶液。

本步骤的配置过程如下：

(4a)将50mL去离子水装入烧杯；

(4b)用针管抽取密度为271.44g/cm³、体积为0.1mL的液态的十二烷基二甲基胺乙内酯；

(4c)将针管抽取的十二烷基二甲基胺乙内酯注入此50mL去离子水中，并同时用电动机械搅拌器以100转/分钟速度进行混合搅拌3分钟，获得十二烷基二甲基胺乙内酯水溶液。

步骤5，用椰油酰胺丙基甜菜碱和去离子水，配制出两性表面活性剂椰油酰胺丙基甜菜碱水溶液。

(5a)将50mL去离子水装入烧杯；

(5b)用针管抽取密度为0.56g/cm³、体积为0.1mL的液态的椰油酰胺丙基甜菜碱；

(5c)将针管抽取的椰油酰胺丙基甜菜碱注入50mL去离子水中，并同时用电动机械搅拌器以200转/分钟速度进行混合搅拌3分钟，获得椰油酰胺丙基甜菜碱水溶液。

步骤6，制备锶钛混合溶液。

在室温温度为15℃下，先将步骤1配置的钛酸丁酯溶液转移到2000毫升的大烧杯中，并依次向其加入250毫升的去离子水和步骤2配置的350毫升的硝酸锶溶液；

再用搅拌速度为60转/分钟的电动机械搅拌器进行搅拌混合3h，获得锶钛混合溶液。

步骤7，获取两性表面活性剂改性的锶钛混合溶液。

在室温温度为15℃下，先向步骤6配置的锶钛混合溶液中，缓慢加入步骤4获取的两性表面活性剂十二烷基二甲基胺乙内酯水溶液或步骤5获取的椰油酰胺丙基甜菜碱水溶液；

再用搅拌速度为100转/分钟的电动机械搅拌器进行搅拌混合1h，获得两性表面活性剂改性的锶钛混合溶液。

步骤8，获取两性表面活性剂改性的锶钛纳米沉淀物。

在室温温度为15℃下，先向步骤7中获取的两性表面活性剂改性的锶钛混合溶液中，缓慢加入步骤3中获取的氢氧化钠溶液；

再用搅拌速度为500转/分钟的电动机械搅拌器进行搅拌混合3h，获得两性表面活性剂改性的锶钛纳米沉淀物。

步骤9，制备两性表面活性剂改性的锶钛纳米试样。

首先，用滤纸过滤出两性表面活性剂改性的锶钛纳米沉淀物；

再用去离子水对其洗涤，将洗涤后的两性表面活性剂改性的锶钛纳米沉淀物试样转移至坩埚内；

然后，将坩埚放入温度为80℃的干燥箱中进行10h的干燥后取出，最后获得两性表面活性剂改性的锶钛纳米试样。

步骤10，制备钛酸锶纳米晶体。

首先，对步骤9中制备的两性表面活性剂改性的锶钛纳米试样进行研磨，并通过红外烘干，再将其装入坩埚；

然后，将此坩埚水平放入烧结温度为600℃、升温速率为60℃/h的马弗炉中烧结5h后，获得形貌为球形、球的直径为0.1μm的钛酸锶纳米晶体。

实施例2：制备形貌为球状，球的直径为0.4μm的钛酸锶纳米晶体。

步骤一，用钛酸丁酯和无水乙醇，配制出钛酸丁酯溶液。

先将250mL无水乙醇装入烧杯；然后，用针管抽取密度为0.966g/cm³、体积为30.8mL的液态的钛酸丁酯；之后，将针管抽取的钛酸丁酯注入250mL无水乙醇中，并同时用电动机械搅拌器以60转/分钟速度进行混合搅拌2分钟，获得0.35mol/L的钛酸丁酯溶液。

步骤二，用硝酸锶和去离子水，配制出硝酸锶溶液。

先将17.45g的硝酸锶溶入到500mL去离子水中混合，配制成浓度为0.165mol/L的硝酸锶水溶液；然后，将漏斗架到仪器支架上面，将干净的烧杯放到漏斗下面，将滤纸折叠铺到漏斗上面；最后，将获取的硝酸锶水溶液按40mL/min的速度倒到滤纸上面，获得去除杂质后的硝酸锶水溶液。

步骤三，用氢氧化钠和去离子水，配制出氢氧化钠溶液。

将67.5g的NaOH溶入到500mL去离子水中混合，配制成浓度为3.375mol/L的NaOH溶液。

步骤四，用十二烷基二甲基胺乙内酯和去离子水，配制出两性表面活性剂十二烷基二甲基胺乙内酯水溶液。

先将50mL去离子水装入烧杯；然后，用针管抽取密度为271.44g/cm³、体积为1.3mL的液态的十二烷基二甲基胺乙内酯；再将用针管抽取的十二烷基二甲基胺乙内酯注入此50mL去离子水中，并同时用电动机械搅拌器以100转/分钟速度进行混合搅拌3分钟，获得十二烷基二甲基胺乙内酯水溶液。

步骤五，用椰油酰胺丙基甜菜碱和去离子水，配制出两性表面活性剂椰油酰胺丙基甜菜碱水溶液。

先将50mL去离子水装入烧杯；然后，用针管抽取密度为0.56g/cm³、体积为1.2mL的液态的椰油酰胺丙基甜菜碱；再将用针管抽取的椰油酰胺丙基甜菜碱注入50mL去离子水中，并同时用电动机械搅拌器以200转/分钟速度进行混合搅拌3分钟，获得椰油酰胺丙基甜菜碱水溶液。

步骤六，制备锶钛混合溶液。

在室温温度为18℃下，先将步骤一配置的钛酸丁酯溶液转移到2000毫升的大烧杯中，并依次向其加入250毫升的去离子水和步骤二配置的350毫升的硝酸锶溶液，再用搅拌速度为80转/分钟的电动机械搅拌器进行搅拌混合4h，获得锶钛混合溶液。

步骤七，获取两性表面活性剂改性的锶钛混合溶液。

在室温温度为20℃下，向步骤六配置的锶钛混合溶液中，缓慢加入步骤四获取的两性表面活性剂十二烷基二甲基胺乙内酯水溶液或步骤五获取的椰油酰胺丙基甜菜碱水溶液，再用搅拌速度为120转/分钟的电动机械搅拌器进行搅拌混合2h，获得两性表面活性剂改性的锶钛混合溶液。

步骤八，获取两性表面活性剂改性的锶钛纳米沉淀物。

在室温温度为20℃下，向步骤七获取的两性表面活性剂改性的锶钛混合溶液中，缓慢加入步骤三获取的氢氧化钠溶液，再用搅拌速度为700转/分钟的电动机械搅拌器进行搅拌混合4h，获得两性表面活性剂改性的锶钛纳米沉淀物。

步骤九，制备两性表面活性剂改性的锶钛纳米试样。

用滤纸过滤出两性表面活性剂改性的锶钛纳米沉淀物，然后用去离子水对其洗涤，再将洗涤后的两性表面活性剂改性的锶钛纳米沉淀物试样转移至坩埚内，再将坩埚放入温度为90℃的干燥箱中进行11h的干燥后取出，最后获得两性表面活性剂改性的锶钛纳米试样。

步骤十，制备钛酸锶纳米晶体。

对步骤九中制备的两性表面活性剂改性的锶钛纳米试样进行研磨，并通过红外烘干，再将其装入坩埚，将此坩埚水平放入烧结温度为780℃、升温速率为100℃/h的马弗炉中烧结6h后，获得形貌为球形、球的直径为0.4μm的钛酸锶纳米晶体。

实施例3：制备形貌为球状，球的直径为0.5μm的钛酸锶纳米晶体。

步骤A，用钛酸丁酯和无水乙醇，配制出钛酸丁酯溶液。

(A1)将250mL无水乙醇装入烧杯；

(A2)用针管抽取密度为0.966g/cm³、体积为42.3mL的液态的钛酸丁酯；

(A3)将(A2)中获取的针管抽取的钛酸丁酯注入250mL无水乙醇中，并同时用电动机械搅拌器以60转/分钟速度进行混合搅拌2分钟，获得0.48mol/L的钛酸丁酯溶液。

步骤B，用硝酸锶和去离子水，配制出硝酸锶溶液。

(B1)将31.395g的硝酸锶溶入到500mL去离子水中混合，配制成浓度为0.297mol/L的硝酸锶水溶液；

(B2)将漏斗架到仪器支架上面，将干净的烧杯放到漏斗下面，将滤纸折叠铺到漏斗上面；

(B3)将(B1)中获取的硝酸锶水溶液按40mL/min的速度倒到滤纸上面，获得去除杂质后的硝酸锶水溶液。

步骤C，用氢氧化钠和去离子水，配制出氢氧化钠溶液。

(C1)将500mL去离子水装入烧杯；

(C2)将132.14g的NaOH溶入到(C1)的去离子水中混合，配制成浓度为6.607mol/L的氢氧化钠水溶液。

步骤D，用十二烷基二甲基胺乙内酯和去离子水，配制出两性表面活性剂十二烷基二甲基胺乙内酯水溶液。

(D1)将50mL去离子水装入烧杯；

(D2)用针管抽取密度为271.44g/cm³、体积为2.5mL的液态的十二烷基二甲基胺乙内酯；

(D3)将针管抽取的十二烷基二甲基胺乙内酯注入此50mL去离子水中，并同时用电动机械搅拌器以100转/分钟速度进行混合搅拌3分钟，获得十二烷基二甲基胺乙内酯水溶液。

步骤E，用椰油酰胺丙基甜菜碱和去离子水，配制出两性表面活性剂椰油酰胺丙基甜菜碱水溶液。

(E1)将50mL去离子水装入烧杯；

(E2)用针管抽取密度为0.56g/cm³、体积为2.6mL的液态的椰油酰胺丙基甜菜碱；

(E3)将针管抽取的椰油酰胺丙基甜菜碱注入50mL去离子水中，并同时用电动机械搅拌器以200转/分钟速度进行混合搅拌3分钟，获得椰油酰胺丙基甜菜碱水溶液。

步骤F，制备锶钛混合溶液。

在室温温度为20℃下，将步骤A配置的钛酸丁酯溶液转移到2000毫升的大烧杯中，并依次向其加入250毫升的去离子水和步骤B配置的350毫升的硝酸锶溶液，再用搅拌速度为100转/分钟的电动机械搅拌器进行搅拌混合3h，获得锶钛混合溶液；

步骤G，获取两性表面活性剂改性的锶钛混合溶液。

在室温温度为25℃下，向步骤F配置的锶钛混合溶液中，缓慢加入步骤D获取的两性表面活性剂十二烷基二甲基胺乙内酯水溶液或步骤E获取的椰油酰胺丙基甜菜碱水溶液，再用搅拌速度为150转/分钟的电动机械搅拌器进行搅拌混合1h，获得两性表面活性剂改性的锶钛混合溶液。

步骤H，获取两性表面活性剂改性的锶钛纳米沉淀物。

在室温温度为25℃下，向步骤G中获取的两性表面活性剂改性的锶钛混合溶液中，缓慢加入步骤C中获取的氢氧化钠溶液，再用搅拌速度为800转/分钟的电动机械搅拌器进行搅拌混合5h，获得两性表面活性剂改性的锶钛纳米沉淀物。

步骤I，制备两性表面活性剂改性的锶钛纳米试样。

用滤纸过滤出两性表面活性剂改性的锶钛纳米沉淀物，然后用去离子水对其洗涤，再将洗涤后的两性表面活性剂改性的锶钛纳米沉淀物试样转移至坩埚内，再将坩埚放入温度为100℃的干燥箱中进行12h的干燥后取出，最后获得两性表面活性剂改性的锶钛纳米试样。

步骤J，制备钛酸锶纳米晶体。

对步骤I中制备的两性表面活性剂改性的锶钛纳米试样进行研磨，并通过红外烘干，再将其装入坩埚，将此坩埚水平放入烧结温度为800℃、升温速率为150℃/h的马弗炉中烧结7h后，获得形貌为球形、球的直径为0.5μm的钛酸锶纳米晶体。

本发明的效果可通过以下测试进一步说明：

对钛酸锶球状纳米晶体试样的成分测试和微观形貌测试。

1.测试仪器

XRD分析采用日本理学电机株式会社出产的D/Max型X射线衍射仪，靶材为Cu靶，角度扫描速度为5°/min；

SEM分析采用日本电子公司JXA―840型扫描电子显微镜。

2.测试内容

测试1，用X射线衍射仪XRD和扫描电子显微电镜SEM对本发明实施例1制备的钛酸锶球状纳米晶体试样的成分和形貌进行测试分析，结果如图3所示，其中：

图3(a)为实施例1制备得到的钛酸锶试样的XRD测试结果；

图3(b)为实施例1制备得到的钛酸锶试样放大30000倍的SEM测试结果；

由图3(a)可见：实施例1制备得到的试样各个晶面的衍射峰特别清晰，与相应的SrTiO₃标准图谱吻合很好，所制备的样品为单一的SrTiO₃相，即为钛酸锶晶体结构；

由图3(b)可见：试样的形貌特征为大小均匀的球状颗粒，球的直径为0.1μm。

测试2，用X射线衍射仪XRD和扫描电子显微电镜SEM，对本发明实施例2制备的钛酸锶球状纳米晶体试样的成分和形貌进行测试分析，结果如图4所示，其中：

图4(a)为实施例2制备得到的钛酸锶试样的XRD测试结果；

图4(b)为实施例2制备得到的钛酸锶试样放大10000倍和30000倍的SEM测试结果；

由图4(a)可见：实施例2制备得到的试样各个晶面的衍射峰特别清晰，与相应的SrTiO₃标准图谱吻合很好，所制备的样品为单一的SrTiO₃相，即为钛酸锶晶体结构；

由图4(b)可见：试样的形貌特征为大小均匀的球状颗粒，球的直径为0.4μm。

测试3，用X射线衍射仪XRD和扫描电子显微电镜SEM，对本发明实施例3制备的钛酸锶球状纳米晶体试样的成分和形貌进行测试分析，结果如图5所示，其中：

图5(a)为实施例3制备得到的钛酸锶试样的XRD测试结果；

图5(b)为实施例3制备得到的钛酸锶试样放大10000倍和30000倍的SEM测试结果；

由图5(a)可见：实施例3制备得到的试样各个晶面的衍射峰特别清晰，与相应的SrTiO₃标准图谱吻合很好，所制备的样品为单一的SrTiO₃相，即为钛酸锶晶体结构；

由图5(b)可见：试样的形貌特征为大小均匀的球状颗粒，球的直径为0.5μm。

综上，用本发明方法制作的钛酸锶纳米晶体的微观形貌特征为球状，其具有较大的表面积和纯度，分散性好、不团聚，可以成为理想的光催化水解电极材料，还有利于做成钛酸锶晶界层电容器，被广泛应用在收音机、电视机、计算机的电路中。

Claims (9)

1.一种钛酸锶球状纳米晶体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)用钛酸丁酯和无水乙醇，配制出0.10～0.48mol/L钛酸丁酯溶液；

(2)用硝酸锶和去离子水，配制出0.068～0.297mol/L硝酸锶溶液；

(3)用氢氧化钠和去离子水，配制出1.525～6.607mol/L氢氧化钠溶液；

(4)用十二烷基二甲基胺乙内酯和去离子水，配制出两性表面活性剂十二烷基二甲基胺乙内酯水溶液；

(5)用椰油酰胺丙基甜菜碱和去离子水，配制出两性表面活性剂椰油酰胺丙基甜菜碱水溶液；

(6)制备锶钛混合溶液：

在室温温度为15～20℃下，将(1)配置的钛酸丁酯溶液转移到2000毫升的大烧杯中，并依次向其加入250毫升的去离子水和(2)中配置的350毫升的硝酸锶溶液，再用搅拌速度为60～100转/分钟的电动机械搅拌器进行搅拌混合3～4h，获得锶钛混合溶液；

(7)制备两性表面活性剂改性的锶钛混合溶液：

在室温温度为15～25℃下，向(6)中配置的锶钛混合溶液中，缓慢加入(4)中获取的两性表面活性剂十二烷基二甲基胺乙内酯水溶液或(5)中获取的椰油酰胺丙基甜菜碱水溶液，再用搅拌速度为100～150转/分钟的电动机械搅拌器进行搅拌混合1～2h，获得两性表面活性剂改性的锶钛混合溶液；

(8)制备两性表面活性剂改性的锶钛纳米沉淀物：

在室温温度为15～25℃下，向(7)中获取的两性表面活性剂改性的锶钛混合溶液中，缓慢加入(3)中获取的氢氧化钠溶液，再用搅拌速度为500～800转/分钟的电动机械搅拌器进行搅拌混合3～5h，获得两性表面活性剂改性的锶钛纳米沉淀物；

(9)制备两性表面活性剂改性的锶钛纳米试样：

用滤纸过滤出两性表面活性剂改性的锶钛纳米沉淀物，然后用去离子水对其洗涤，再将洗涤后的两性表面活性剂改性的锶钛纳米沉淀物试样转移至坩埚内，再将坩埚放入温度为80～100℃的干燥箱中进行10～12h的干燥后取出，最后获得两性表面活性剂改性的锶钛纳米试样；

(10)制备钛酸锶纳米晶体：

对(9)中制备的两性表面活性剂改性的锶钛纳米试样进行研磨，并通过红外烘干，再将其装入坩埚，将此坩埚水平放入烧结温度为600～800℃、升温速率为60～150℃/h的马弗炉中烧结5～7h后，获得形貌为球形、球的直径为0.1μm～0.5μm的钛酸锶纳米晶体。

2.根据权利要求1所述的方法，其中(1)中用钛酸丁酯和无水乙醇，配制出钛酸丁酯溶液，实现步骤包括如下：

(2a)将250mL无水乙醇装入烧杯；

(2b)用针管抽取密度为0.966g/cm³、体积为8.8mL～42.3mL的液态的钛酸丁酯；

(2c)将针管抽取的钛酸丁酯注入250mL无水乙醇中，并同时用电动机械搅拌器以60转/分钟速度进行混合搅拌2分钟，获得0.10～0.48mol/L的钛酸丁酯溶液。

3.根据权利要求1所述的方法，其中(2)中用硝酸锶和去离子水，配制出硝酸锶水溶液，实现步骤包括如下：

(3a)将7.245～31.395g的硝酸锶溶入到500mL去离子水中混合，配制成浓度为0.068～0.297mol/L的硝酸锶水溶液；

(3b)将漏斗架到仪器支架上面，将干净的烧杯放到漏斗下面，将滤纸折叠铺到漏斗上面；

(3c)将(3a)中获取的硝酸锶水溶液按40mL/min的速度倒到滤纸上面，获得去除杂质后的硝酸锶水溶液。

4.根据权利要求1所述的方法，其中(3)中用氢氧化钠和去离子水，配制出氢氧化钠水溶液是将30.5～132.14g的NaOH溶入到500mL去离子水中混合，配制成浓度为1.525～6.607mol/L的NaOH溶液。

5.根据权利要求1所述的方法，其中(4)中用十二烷基二甲基胺乙内酯和去离子水，配制出两性表面活性剂十二烷基二甲基胺乙内酯水溶液，实现步骤包括如下：

(5a)将50mL去离子水装入烧杯；

(5b)用针管抽取密度为271.44g/cm³、体积为0.1～2.5mL的液态的十二烷基二甲基胺乙内酯；

(5c)将针管抽取的十二烷基二甲基胺乙内酯注入此50mL去离子水中，并同时用电动机械搅拌器以100转/分钟速度进行混合搅拌3分钟，获得十二烷基二甲基胺乙内酯水溶液。

6.根据权利要求1所述的方法，其中(5)中用椰油酰胺丙基甜菜碱和去离子水，配制出两性表面活性剂椰油酰胺丙基甜菜碱水溶液，实现步骤包括如下：

(6a)将50mL去离子水装入烧杯；

(6b)用针管抽取密度为0.56g/cm³、体积为0.1～2.6mL的液态的椰油酰胺丙基甜菜碱；

(6c)将针管抽取的椰油酰胺丙基甜菜碱注入50mL去离子水中，并同时用电动机械搅拌器以200转/分钟速度进行混合搅拌3分钟，获得椰油酰胺丙基甜菜碱水溶液。

7.根据权利要求1所述的方法，其中(9)中用去离子水对两性表面活性剂改性的锶钛纳米沉淀物洗涤，是先向两性表面活性剂改性的锶钛纳米沉淀物中加入700mL的去离子水，然后用保鲜膜封住烧杯口，并静置2～4小时，再揭下烧杯口的保鲜膜，倒掉上层清液，如此反复3～4次。

8.根据权利要求1所述的方法，其中(10)中对两性表面活性剂改性的锶钛纳米试样进行研磨，是先将0.3kg的两性表面活性剂改性的锶钛纳米试样和0.3kg的水配成浆料加入球磨罐中，并在球磨罐中装入质量为0.5kg的玛瑙磨球，再将球磨罐装到转速为1500～1800转/小时的星型球磨机上球磨1～2小时。

9.根据权利要求1所述的方法，其中(10)中对两性表面活性剂改性的锶钛纳米试样进行红外烘干，是先将球磨罐中获得的浆料倒入蒸发皿，再将此装有浆料的蒸发皿放入红外烘箱，烘干0.3～0.5小时。