CN1597613A - 柠檬酸凝胶方法低温制备铌酸锂纳米粉体 - Google Patents

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Abstract

柠檬酸凝胶方法低温制备铌酸锂纳米粉体，它涉及一种铌酸锂的制备方法。本发明按照下述步骤进行：a.将Nb2O5溶解于HF中，然后向其中加入过量的草酸铵溶液，充分混合后，向溶液中滴加氨水形成白色的Nb(OH) 5沉淀物，该沉淀物陈化、过滤、洗涤后，溶解于柠檬酸水溶液中，形成淡黄色的Nb－柠檬酸溶液；b.将碳酸锂加入到Nb－柠檬酸溶液中，搅拌使其充分溶解；c.向溶液中加入过量的柠檬酸溶液；d.然后将乙二醇加入上述溶液中，搅拌均匀后形成铌酸锂前驱体溶液；e.将该溶液加热，得到粘稠的凝胶状固体；f.最后将该凝胶煅烧，得到纳米LiNbO3粉体。本发明具有成本低、环境污染小和工艺简单的优点。

Description

柠檬酸凝胶方法低温制备铌酸锂纳米粉体
技术领域：
本发明涉及一种铌酸锂纳米粉体的制备方法。
背景技术：
铌酸锂是一种重要的铁电材料，它拥有优良的压电、电光、声光、热电、光折变和非线性光学性质等一系列特殊性质，由于这些特性，铌酸锂目前已被广泛应用于光导、光调制器、光开关、非挥发存储器、声表面波和二次谐波发生器等器件。对于LiNbO3多晶陶瓷粉体，多采用溶胶-凝胶工艺和固相反应法制备，但上述方法均有其各自的局限性，如sol-gel方法存在如下缺点：(1)所用原料通常为金属醇盐，如乙醇铌、丁醇铌、丁醇锂等，这些原料没有国产商品，进口试剂价格昂贵，如英国著名的生产金属醇盐的Inorgtech公司生产的五乙醇铌的价格为1300英镑/L。(2)原料金属醇盐在空气中极易水解，因此在制备过程中要求的条件极为苛刻，除了要求在非水体系中制备粉体外，还需要严格的惰性气体，如氮气等保护。(3)由于使用大量有机溶剂，易造成环境污染。而固相反应法反应物混合不均匀；所得产物化学计量比不准确；煅烧温度较高(1000℃)，粉体烧结活性低。
发明内容：
本发明采用柠檬酸凝胶方法低温制备铌酸锂纳米粉体，解决了sol-gel工艺中金属醇盐不易获得、价格昂贵和极易水解的问题，该方法还可克服固相反应法煅烧温度高、粉体烧结活性差的问题。本发明按照下述步骤进行：a、将Nb2O5在70～90℃下溶解于HF中，然后向其中加入过量的草酸铵溶液，充分混合后，向溶液中滴加氨水形成白色的Nb(OH)5沉淀物，该沉淀物在70～90℃下陈化10～14小时，经过滤、洗涤后，溶解于柠檬酸水溶液中，形成淡黄色的Nb-柠檬酸溶液；b、按照摩尔比为Nb5+∶Li+＝1∶1的比例将碳酸锂加入到Nb-柠檬酸溶液中，搅拌使其充分溶解；c、向溶液中加入过量的柠檬酸溶液，使金属离子与柠檬酸的摩尔比为1∶(1.5～3)；d、然后将乙二醇加入上述溶液中，乙二醇和柠檬酸的摩尔比为(1～2)∶1，搅拌均匀后形成铌酸锂前驱体溶液；e、将该溶液在60～100℃下加热20～30h，得到粘稠的凝胶状固体；f、最后将该凝胶在600～800℃下煅烧2～3h，得到纳米LiNbO3粉体。本发明以Nb2O5为初始原料，合成一种新的铌源，可以在水溶液中制备LiNbO3粉体，且煅烧温度低，易获得高烧结活性的纳米粉体，这对于简化制备工艺、降低成本、减小环境污染、制备纳米级高烧结活性LiNbO3粉体具有重要意义。本发明的柠檬酸凝胶法是以柠檬酸为螯合剂，与金属离子配位形成水溶性金属羧酸盐配合物，通过乙二醇聚合，得到前驱体凝胶，凝胶经高温下煅烧即可得到陶瓷粉体。该方法具有如下优点：(1)采用易获得的Nb2O5为初始原料，制备出铌的柠檬酸配合物，并以此作为新的铌源替代sol-gel工艺中的铌醇盐，合成LiNbO3粉体；(2)可从水溶液中制备LiNbO3粉体，解决sol-gel方法的金属醇盐易水解的问题，环境污染小；(3)可以达到分子水平的均匀混合，并准确控制化学计量比；(4)低的合成温度(600℃)、粉体烧结活性好，所得粉体粒度为纳米级；(5)工艺简单，无需复杂的设备。
附图说明：
图1为在600℃下煅烧2h后所得的LiNbO3粉体的TEM图，图2为600℃下煅烧2h后所得LiNbO3粉体的XRD图谱。
具体实施方式：
具体实施方式一：本实施方式是这样实现的：a、将Nb2O5在70～90℃下溶解于HF中，然后向其中加入过量的草酸铵溶液，充分混合后，向溶液中滴加氨水形成白色的Nb(OH)5沉淀物，该沉淀物在70～90℃下陈化10～14小时，经过滤、洗涤后，溶解于柠檬酸水溶液中，形成淡黄色的Nb-柠檬酸溶液；b、按照摩尔比为Nb5+∶Li+＝1∶1的比例将碳酸锂加入到Nb-柠檬酸溶液中，搅拌使其充分溶解；c、向溶液中加入过量的柠檬酸溶液，使金属离子与柠檬酸的摩尔比为1∶(1.5～3)；d、然后将乙二醇加入上述溶液中，乙二醇和柠檬酸的摩尔比为(1～2)∶1，搅拌均匀后形成铌酸锂前驱体溶液；e、将该溶液在60～100℃下加热20～30h，得到粘稠的凝胶状固体；f、最后将该凝胶在600～800℃下煅烧2～3h，得到纳米LiNbO3粉体。
具体实施方式二：本实施方式是这样实现的：a、将Nb2O5在80℃下溶解于HF中，然后向其中加入过量的草酸铵溶液，充分混合后，向溶液中滴加氨水形成白色的Nb(OH)5沉淀物，该沉淀物在80℃下陈化12小时，经过滤、洗涤后，溶解于柠檬酸水溶液中，形成淡黄色的Nb-柠檬酸溶液，采用电感耦合等离子发射光谱(ICP)法测定溶液中金属Nb的浓度；b、取Nb-柠檬酸溶液(含Nb5+0.5mol)，将0.1mol的碳酸锂加入Nb-柠檬酸溶液中，搅拌使其充分溶解；c、向溶液中加入过量的柠檬酸溶液，使金属离子与柠檬酸的摩尔比为1∶3；d、然后将乙二醇加入上述溶液中，乙二醇和柠檬酸的摩尔比为1.8∶1，搅拌均匀后形成铌酸锂前驱体溶液；e、将该溶液在80℃下加热24h，得到粘稠的凝胶状固体；f、最后将该凝胶在600℃下煅烧2h，得到纳米LiNbO3粉体。从图1可见，所得粉体的平均粒径为30～50nm，形状为球形。从图2可见，衍射峰为单一LiNbO3相。

Claims (1)

1、柠檬酸凝胶方法低温制备铌酸锂纳米粉体，其特征在于它按照下述步骤进行：a、将Nb2O5在70～90℃下溶解于HF中，然后向其中加入过量的草酸铵溶液，充分混合后，向溶液中滴加氨水形成白色的Nb(OH)5沉淀物，该沉淀物在70～90℃下陈化10～14小时，经过滤、洗涤后，溶解于柠檬酸水溶液中，形成淡黄色的Nb-柠檬酸溶液；b、按照摩尔比为Nb5+∶Li+＝1∶1的比例将碳酸锂加入到Nb-柠檬酸溶液中，搅拌使其充分溶解；c、向溶液中加入过量的柠檬酸溶液，使金属离子与柠檬酸的摩尔比为1∶(1.5～3)；d、然后将乙二醇加入上述溶液中，乙二醇和柠檬酸的摩尔比为(1～2)∶1，搅拌均匀后形成铌酸锂前驱体溶液；e、将该溶液在60～100℃下加热20～30h，得到粘稠的凝胶状固体；f、最后将该凝胶在600～800℃下煅烧2～3h，得到纳米LiNbO3粉体。
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