CN110845235A - 一种锆钛酸铅镧陶瓷粉体及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无机非金属材料技术领域,公开了一种锆钛酸铅镧陶瓷粉体及其制备方法和应用。该锆钛酸铅镧陶瓷的分子式为PbxLa1‑xZryTi1‑y,x=0.94,y=0.52~0.95;所述粉体是将乙酸铅和乙酸镧溶于去离子水中得到铅镧水溶液,正丙醇锆和钛酸四丁酯溶于无水乙醇中得到锆钛醇溶液;再将锆钛醇溶液加入铅镧水溶液中搅拌,制得锆钛酸铅镧混合液;在磁力搅拌下,将氢氧化钾加入锆钛酸铅镧混合液中得到锆钛酸铅镧悬浊液前驱体;将该前驱体在160~180℃进行水热反应,制得锆钛酸铅镧浆料,经离心、洗涤和烘干后制得。该陶瓷粉体的纯度高,分散性好,粒径小且可控,前驱体溶液浓度高,可应用在制冷和储能领域中。

Description

一种锆钛酸铅镧陶瓷粉体及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于无机非金属材料技术领域,更具体地,涉及一种锆钛酸铅镧陶瓷粉体及其制备方法和应用。
背景技术
锆钛酸铅镧由于其优异的铁电性、反铁电性等特征在电卡和储能等方面具有广泛的应用前景。由于在制备储能器件过程中,特别是多层陶瓷电容器的制备中,陶瓷粉体材料的品量对器件的性能起着至关重要的作用,其中陶瓷粉体的微观形貌、尺寸大小、均匀度、分散性等对器件的性能尤为重要。故此,锆钛酸铅镧陶瓷粉体的研究成为一大热点。
传统的固相法制备的锆钛酸铅镧陶瓷粉体粒径不均匀,且尺寸较大,严重影响陶瓷器件的性能。此外液相法也受到很多学者青睐,其中的溶胶-凝胶法和水热法以其优点成为制备锆钛酸铅镧粉体的主要液相法。溶胶-凝胶法制备的粉体组成精确、成分易控制、纯度高,但需要经过高温煅烧,且煅烧过程粉体容易团聚。现有的锆钛酸铅镧陶瓷粉体的水热法制备工艺普遍反应温度过高,反应时间过长,且前驱体浓度低导致产量低。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的不足和缺点,本发明目的在于提供一种锆钛酸铅镧陶瓷粉体。该粉体具有纯度高、分散性好、粒径小可控且前驱体的浓度高的特点。
本发明另一目的在于提供上述锆钛酸铅镧陶瓷粉体的制备方法。该方法采用醇助水热法,制备工艺简单,合成温度低,时间短,且使用的溶剂为去离子水和无水乙醇,价格低廉,无污染。
本发明再一目的在于提供上述锆钛酸铅镧陶瓷粉体的应用。
本发明的目的通过下述技术方案来实现:
一种锆钛酸铅镧陶瓷粉体,所述锆钛酸铅镧陶瓷粉体是将乙酸铅和乙酸镧溶于去离子水中得到铅镧水溶液,正丙醇锆和钛酸四丁酯溶于无水乙醇中得到锆钛醇溶液;再将锆钛醇溶液加入铅镧水溶液中搅拌均匀,制得锆钛酸铅镧混合液;在搅拌下,将矿化剂氢氧化钾加入锆钛酸铅镧混合液中得到锆钛酸铅镧悬浊液前驱体;将该前驱体在160~180℃下进行水热反应,制得锆钛酸铅镧浆料,经离心、洗涤和烘干后制得。
优选地,所述锆钛酸铅镧的分子式为PbxLa1-xZryTi1-y,x=0.94,y=0.52~0.95;所述锆钛酸铅镧陶瓷粉体的粒径为200~800nm。
优选地,所述铅镧水溶液中乙酸铅、乙酸镧和去离子水的质量比为(16~18):(0.75~0.9):(25~30)。
优选地,所述锆钛醇溶液中正丙醇锆、钛酸四丁酯和无水乙醇的质量比为(11~20):(0.8~7.5):(28~32)。
优选地,所述锆钛醇溶液和铅镧水溶液的体积比为(0.9~1.1):(1~1.2)。
优选地,所述矿化剂氢氧化钾在锆钛酸铅镧悬浊液中的浓度为2~3mol/L。
优选地,所述水热反应的时间为7~10h。
优选地,所述锆钛酸铅镧悬浊液中锆钛酸铅镧的浓度为0.85~0.95mol/L。
所述的锆钛酸铅镧陶瓷粉体的制备方法,包括如下具体步骤:
S1.将乙酸铅和乙酸镧溶于去离子水中,得到铅镧水溶液;
S2.将正丙醇锆和钛酸四丁酯溶于无水乙醇中,得到锆钛醇溶液;
S3.再将锆钛醇溶液加入铅镧水溶液中搅拌均匀,制得锆钛酸铅镧混合液;
S4.在磁力搅拌下,将矿化剂加入锆钛酸铅镧混合液中,得到锆钛酸铅镧悬浊液前驱体;
S5.将锆钛酸铅镧悬浊液前驱体在160~180℃进行水热反应7~10h,制得锆钛酸铅镧浆料,经离心、洗涤和烘干后,制得锆钛酸铅镧陶瓷粉体。
所述的锆钛酸铅镧陶瓷粉体在制冷或储能领域中的应用。
本发明采用水热法合成的温度低、粉体大小均匀、分散性好,且直接生成产物,避免了高温煅烧和粉体团聚,克服了溶胶-凝胶法的缺点。而醇助水热法可降低水热温度,缩短水热时间。在锆钛酸铅镧混合液冷却至室温后加入矿化剂氢氧化钾,这是由于氢氧化钾溶解会释放大量的热量,故选择在溶液冷却至室温以后缓慢加入。氢氧化钾的含量影响反应的完成度,且影响产物粒径大小。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1.本发明合成的锆钛酸铅镧粉体结晶性良好,晶粒均匀,粒径可控在200~800nm,颗粒形貌为立方体,粉体纯度高、分散性好和烧结活性高等特点。水热反应温度≤180℃,无需进一步处理。通过调节矿化剂的用量和锆钛比可以调节颗粒尺寸和分散性。
2.本发明制备方法为醇助水热法,合成温度低,时间短,工艺简单。
3.本发明使用的原料成本低廉易得,通过高浓度的前驱体溶液制得,提高了生产效率,更容易达到工业化生产,制得的锆钛酸铅镧纳米粉体可用于制备制冷储能等器件的基体材料。
附图说明
图1为实施例1~3制得的锆钛酸铅镧粉体的XRD图谱。
图2为实施例1得到的锆钛酸铅镧粉体的SEM照片。
图3为实施例2得到的锆钛酸铅镧粉体的SEM照片。
图4为实施例3得到的锆钛酸铅镧粉体的SEM照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容,但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明,实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明,本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1
1.按照Pb0.94La0.06Zr0.52Ti0.48准确的化学计量比,称量乙酸铅17.7390g和乙酸镧0.8543g倒入30ml去离子水中,在75℃水浴加热下磁力搅拌10min,制得铅镧水溶液;
2.称量正丙醇锆10.9501g和钛酸四丁酯7.5015g倒入30ml无水乙醇中,在75℃水浴加热下磁力搅拌20min,制得锆钛醇溶液;
3.将锆钛醇溶液倒入铅镧水溶液中,在75℃水浴加热下磁力搅拌20min,冷却至室温,制得锆钛酸铅镧混合液;
4.为使所制备前驱体溶液中氢氧化钾浓度为2mol/L,称取氢氧化钾6.2345g倒入冷却至室温的锆钛酸铅镧混合液中磁力搅拌30min,制得锆钛酸铅镧前驱体悬浊液;
5.将锆钛酸铅镧前驱体悬浊液倒入水热釜中,填充度为70-80%,放入烘箱在180℃保温10h。保温结束以后冷却至室温,将得到的浆料倒入离心管依次用36%的乙酸离心洗涤1次,去离子水离心洗涤3次,无水乙醇离心洗涤1次,最后在80℃干燥12h,制得锆钛酸铅镧陶瓷粉体。
图1中(a)为实施例1制得的锆钛酸铅镧粉体的XRD图谱。从图1(a)中可以看出,该XRD图无杂峰,与标准卡片PDF#70-4060相匹配,说明制备出了纯的四方相的锆钛酸铅镧陶瓷粉体。图2为实施例1得到的锆钛酸铅镧粉体的SEM照片。从图2中可知,所得锆钛酸铅镧陶瓷粉体颗粒形貌为立方体,平均粒径尺寸为200nm左右,且粒径分布均匀,粉体分散性良好。
实施例2
1.按照Pb0.94La0.06Zr0.63Ti0.37准确的化学计量比称量乙酸铅17.7390g和乙酸镧0.8543g倒入30ml去离子水中,75℃水浴加热下磁力搅拌10min,制得铅镧水溶液;
2.称量正丙醇锆13.2665g和钛酸四丁酯5.7824g倒入30ml无水乙醇中,75℃水浴加热下磁力搅拌20min,制得锆钛醇溶液;
3.将锆钛醇溶液倒入铅镧水溶液中,75℃水浴加热下磁力搅拌20min,冷却至室温,制得锆钛酸铅镧混合液;
4.为使所制备前驱体溶液中氢氧化钾浓度为3mol/L,称取氢氧化钾9.3517g倒入冷却至室温的锆钛酸铅镧混合液中磁力搅拌30min,制得锆钛酸铅镧前驱体悬浊液;
5.将锆钛酸铅镧前驱体悬浊液倒入水热釜中,填充度为70-80%,在160℃保温10h,保温结束后冷却至室温,将得到的锆钛酸铅镧浆料倒入离心管依次用36%的乙酸离心洗涤1次,去离子水离心洗涤3次,无水乙醇离心洗涤1次,最后在80℃干燥12h,制得锆钛酸铅镧陶瓷粉体。
图1中(b)为实施例2制得的锆钛酸铅镧粉体的XRD图谱。从图1(b)中可以看出该XRD图无杂峰,与标准卡片PDF#70-4060相匹配说明制备出纯的四方相的锆钛酸铅镧陶瓷粉体;图3为实施例2得到的锆钛酸铅镧粉体的SEM照片。从图3中可知,所得锆钛酸铅镧陶瓷粉体颗粒形貌为立方体,平均粒径尺寸为500nm左右,且粒径分布均匀,粉体分散性良好。
实施例3
1.按照Pb0.94La0.06Zr0.95Ti0.05准确的化学计量比称量乙酸铅17.7390g和乙酸镧0.8543g倒入30ml去离子水中,75℃水浴加热下磁力搅拌10min,制得铅镧水溶液;
2.称量正丙醇锆20.0050g和钛酸四丁酯0.7814g倒入30ml无水乙醇中,75℃水浴加热下磁力搅拌20min,制得锆钛醇溶液;
3.将锆钛醇溶液倒入铅镧水溶液中,75℃水浴加热下磁力搅拌20min,冷却至室温,制得锆钛酸铅镧混合液;
4.为使所制备前驱体溶液中氢氧化钾浓度为3mol/L,称取氢氧化钾9.3517g倒入冷却至室温的锆钛酸铅镧混合液中磁力搅拌30min,制得锆钛酸铅镧前驱体悬浊液;
5.将得到的锆钛酸铅镧前驱体悬浊液倒入水热釜中,填充度为70-80%,放入烘箱180℃保温7h,保温结束后冷却至室温,将得到的浆料倒入离心管依次用36%的乙酸离心洗涤1次,去离子水离心洗涤3次,无水乙醇离心洗涤1次,最后在干燥箱中80℃干燥12h,制得锆钛酸铅镧陶瓷粉体。
图1中(c)为实施例3制得的锆钛酸铅镧粉体的XRD图谱。从图1中(c)可以看出,该XRD图无杂峰,与标准卡片PDF#87-0564相匹配说明制备出纯的正交相的锆钛酸铅镧陶瓷粉体;图4为实施例3得到的锆钛酸铅镧粉体的SEM照片。从图4中可知,所得锆钛酸铅镧陶瓷粉体颗粒形貌为立方体,平均粒径尺寸为800nm左右,且粒径分布均匀,粉体分散性良好。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锆钛酸铅镧陶瓷粉体,其特征在于,所述锆钛酸铅镧陶瓷粉体是将乙酸铅和乙酸镧溶于去离子水中得到铅镧水溶液,正丙醇锆和钛酸四丁酯溶于无水乙醇中得到锆钛醇溶液;再将锆钛醇溶液加入到铅镧水溶液中搅拌均匀,制得锆钛酸铅镧混合液;在搅拌下,将矿化剂氢氧化钾加入锆钛酸铅镧混合液中得到锆钛酸铅镧悬浊液前驱体;将该前驱体在160~180℃下进行水热反应,制得锆钛酸铅镧浆料,经离心、洗涤和烘干后制得。
2.根据权利要求1所述的锆钛酸铅镧陶瓷粉体,其特征在于,所述锆钛酸铅镧的分子式为PbxLa1-xZryTi1-y,x=0.94,y=0.52~0.95;所述锆钛酸铅镧陶瓷粉体的粒径为200~800nm。
3.根据权利要求1所述的锆钛酸铅镧陶瓷粉体,其特征在于,所述铅镧水溶液中乙酸铅、乙酸镧和去离子水的质量比为(16~18):(0.75~0.9):(25~30)。
4.根据权利要求1所述的锆钛酸铅镧陶瓷粉体,其特征在于,所述锆钛醇溶液中正丙醇锆、钛酸四丁酯和无水乙醇的质量比为(11~20):(0.8~7.5):(28~32)。
5.根据权利要求1所述的锆钛酸铅镧陶瓷粉体,其特征在于,所述锆钛醇溶液和铅镧水溶液的体积比为(0.9~1.1):(1~1.2)。
6.根据权利要求1所述的锆钛酸铅镧陶瓷粉体,其特征在于,所述矿化剂氢氧化钾在锆钛酸铅镧悬浊液中的浓度为2~3mol/L。
7.根据权利要求1所述的锆钛酸铅镧陶瓷粉体,其特征在于,所述水热反应的时间为7~10h。
8.根据权利要求1所述的锆钛酸铅镧陶瓷粉体,其特征在于,所述锆钛酸铅镧悬浊液中锆钛酸铅镧的浓度为0.85~0.95mol/L。
9.根据权利要求1-8任一项所述的锆钛酸铅镧陶瓷粉体的制备方法,其特征在于,包括如下具体步骤:
S1.将乙酸铅和乙酸镧溶于去离子水中,得到铅镧水溶液;
S2.将正丙醇锆和钛酸四丁酯溶于无水乙醇中,得到锆钛醇溶液;
S3.再将锆钛醇溶液加入铅镧水溶液中搅拌均匀,制得锆钛酸铅镧混合液;
S4.在磁力搅拌下,将矿化剂氢氧化钾加入锆钛酸铅镧混合液中,得到锆钛酸铅镧悬浊液前驱体;
S5.将锆钛酸铅镧悬浊液前驱体在160~180℃进行水热反应7~10h,制得锆钛酸铅镧浆料,经离心、洗涤和烘干后,制得锆钛酸铅镧陶瓷粉体。
10.权利要求1-8任一项所述的锆钛酸铅镧陶瓷粉体在制冷或储能领域中的应用。
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