[發明專利]鈣鈦礦陶瓷的合成方法

無效

• 申請號: 200680019007.1
• 申請日: 2006-03-31
• 公開（公告）號: CN101208278A
• 公開（公告）日: 2008-06-25
• 發明（設計）人: 安賈莉·阿南德·阿塔瓦勒;阿沙·吉夫恩·昌德克爾;庫馬爾·普拉沙特·沙胡
• 申請（專利權）人: 科學與工業研究委員會
• 主分類號: C04B35/50
• 分類號: C04B35/50;C01F17/00;C01G37/14;C01G45/12;C01G49/00;C01G51/04;C01G53/04
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明涉及一種合成鈣鈦礦陶瓷的方法。更特別地涉及通式為LnMO₃的鈣鈦礦物(perovskites)的制備，其中Ln表示鑭系元素，M為過渡金屬。使用推進劑化學的原理，在微波場的存在下，已經合成了鈣鈦礦物而不需要相形成的進一步熱處理。

背景技術

通常，鈣鈦礦物可表達為通式ABO₃，其中較大的陽離子A十二面體共配位，較小的陽離子B具有六重配位。B位陽離子由氧原子八面體包圍，而A位陽離子處于這些八面體形成的空腔中央。

含有過渡金屬的鈣鈦礦型氧化物作為碳氫化合物完全氧化、廢氣純化以及氧的電化學還原的催化劑正引起很大的關注。這些材料的另一重要應用是它們可用作有毒廢氣如CO、NO_x、SO_x等以及濕度和氫的感測器。因A位(A_1-XA′_XBO₃)、B位(AB_1-yB′_yO₃)或者A位和B位的陽離子(A_1-xA′_xB_1-yB′_yO₃)中陽離子的部分取代而產生的晶格缺陷能給予催化活性和感測特性所需的特性。通過合理地改變這些取代的數量和性質，人們能控制過渡金屬的氧化態(催化活性所需的氧化還原能力)和氧的化學計量比(δ)。

合成LnMO₃鈣鈦礦物的常規方法包括混合并研磨氧化物的粉末，接著在高溫下(1500-1700℃)進行固相化學反應以形成鈣鈦礦相。該方法具有一些弊端，例如反應溫度高、離子尺寸大、化學均質性有限以及可燒結性差，因而對這些材料的催化和感測性能有不利影響。

為了合成更細小并均勻的粉末，已經進行了各種嘗試，包括低溫化學方法即溶膠-凝膠法、聚丙烯酰胺凝膠法、氫氧化物共沉淀法、噴霧熱解法、聚合反應路線法、機械化學路線法等等。因此，本發明的目的之一在于可降低能量消耗的系統中制造微細粉末。本發明的另一目的在于不需要昂貴的固定設備下快速合成微細粉末。

近年來，通過使用各種燃料和/或氧化劑的組合，已經優選把燃燒合成用于獲得許多陶瓷材料上[S.S.Manoharan?and?K.C.Patil，Combustion?routeto?fine?particle?perovskite?oxides，J.Solid?State?Chem.，102(1993)，267-276；M.V.Kuznetsov，Q.A.Pankhurst，I.P.Parkin?and?Y.G.Morozov，Self-propagatinghigh-temperature?synthesis?of?chromium?substituted?lanthanum?orthoferritesLaFe_1-xCr_xO₃(0≤x≤1)，J.Mater.Chem.11(3)，(2001)854-858.]。

通過上述化學路線處理鈣鈦礦陶瓷時的主要弊端在于：

(1)為了獲得適當的相，需要在600-1200℃的溫度范圍對所合成的粉末樣品后處理2-12小時的時間。

(2)這些化學路線是耗時的，因為它們需要發生化學反應的時間，接著又是隨后的數小時后處理。

(3)由于在形成所需相的化學反應后需要對所合成樣品進行熱處理以及因昂貴的加熱爐能量消耗很高，因此這些方法不是高效能的。

(4)這些化學路線中需要對所合成材料的后合成熱處理，因此這些方法是不環保的。

(5)此外，盡管依賴于化學合成路線的類型，在一些情況下粉末樣品是均勻的，但所形成的粒子通常在熱處理步驟后會團聚。

(6)最終產物中的團聚導致材料的比表面積降低，因此針對該物理性能劣化就需要專業手段，如催化活性、感測和其它電工陶瓷的應用。

因此，仍存在一種需要，即使用簡單的設備、低的耗能和較短的反應時間來合成LnMO₃鈣鈦礦物的一種簡單、成本低并且可靠的方法。合成陶瓷材料的該化學路線的優點在于，所合成的材料在化學性質上是同質的，且該方法通常對陶瓷材料的顯微結構具有良好的控制。