[發明專利]一種鉭酸鋰納米粉體及其制備方法

無效

• 申請號: 200910089048.3
• 申請日: 2009-07-24
• 公開（公告）號: CN101602596A
• 公開（公告）日: 2009-12-16
• 發明（設計）人: 胡建輝;劉艷改;房明浩;孫占興;黃朝暉
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（北京）
• 主分類號: C04B35/495
• 分類號: C04B35/495;C04B35/626;C04B35/624
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技術領域

本發明屬于功能陶瓷粉體技術領域，具體涉及一種鉭酸鋰納米粉體及其制備方法。

背景技術

鉭酸鋰(LiTaO₃，簡稱LT)是目前研究得最多、應用十分普遍的壓電、鐵電和電光材料。熔點高達1630℃，居里點可達到630℃，具有機電耦合系數大、低損耗、高溫穩定性和高頻性能好等優異性能，是一種十分重要的多功能晶體材料，可用來制作各種不同功能器件，如激光技術中的調Q開關，紅外技術中的熱釋電探測器，電子工業中的濾波器和諧振器。由于鉭酸鋰晶體為缺陷較少的自然單疇單晶，具有很多的優越性和廣泛的用途，從而成為國際上晶體生長研究和開發的重點。但是單晶LiTaO₃的成本高和制備困難限制了單晶LiTaO₃的廣泛應用。相比之下，LiTaO₃多晶陶瓷不受形狀和大小的限制，可以滿足多種要求，但是陶瓷制品的微觀結構直接影響其性能，因此必須合成單相均勻的LiTaO₃。目前，合成LiTaO₃多采用固相法和溶膠凝膠法。固相法是基于Li₂CO₃和Ta₂O₅細小顆粒之間的固相反應，但主要存在以下缺點：合成溫度比較高，一般要在1000℃以上，容易導致鋰離子的揮發及雜相的生成，無法得到理想化學計量比的粉體，而且粉體的粒徑較大，缺陷比較嚴重。醇鹽水解法雖然可以精確控制化學計量比，且在較低的溫度下可合成LiTaO₃，但是其以金屬醇鹽為原料，醇鹽極容易水解，而且制備困難、價格昂貴，在實驗過程中，對設備要求比較高。1998年，JuditSzanics等人采用聚合絡合的方法，以TaCl₅為原料制備出了LiTaO₃粉體，然而TaCl₅價格比較高，而且制備過程中以甲醇為溶劑，容易對環境造成危害。2006年，H.Muthurajan等以Ta₂O₅為原料，制備Ta(OH)₅·H₂O，與LiOH研磨混合，煅燒得到LiTaO₃粉體，團聚現象比較嚴重。目前鄭斐斐等采用水熱和濕化學結合的方法，以Ta(OH)₅為原料，在720℃煅燒2h得到LiTaO₃粉體，粒徑約為100nm，團聚現象也比較明顯。而且這種方法的原料成本比較高，以高壓釜為反應容器，需要較高的溫度和壓力。

發明內容

針對目前制備鉭酸鋰功能陶瓷粉體存在的上述問題，本發明利用溶膠-凝膠法制備鉭酸鋰納米粉體，以Ta₂O₅為原料，通過制備Ta(OH)₅沉淀，得到Ta-檸檬酸溶液，以此作為鉭源，成功制備了納米LiTaO₃粉體，粒徑約為30nm，分散性良好。而且可以通過改變煅燒溫度和保溫時間，實現控制LiTaO₃粉體粒徑大小的目的。本發明以Ta-檸檬酸溶液為鉭源，代替鉭醇鹽，解決了傳統溶膠-凝膠工藝中金屬醇鹽制備困難、價格昂貴和極易水解的問題，及實驗過程中對實驗設備要求比較高的問題。本方法還克服了固相法中煅燒溫度高、粉體燒結活性差的問題及聚合絡合法中甲醇的采用會對環境造成危害的問題。

本發明所述的鉭酸鋰納米粉體的溶膠-凝膠法，按照下述步驟進行：

1)制備Ta-檸檬酸溶液，將Ta₂O₅溶解于氫氟酸中，形成氟化鉭溶液，調節pH值至7～13，形成白色Ta(OH)₅沉淀。洗滌后，將生成的Ta(OH)₅沉淀加入到檸檬酸溶液中，使金屬離子與檸檬酸的摩爾比為1∶(1～10)，形成深黃色透明的Ta-檸檬酸溶液；

2)制備Li-檸檬酸溶液，即按照摩爾比Ta∶Li＝1∶1及Li∶CA＝1∶(1～10)的比例，將Li₂CO₃溶于檸檬酸溶液中，反應完全后，得到無色透明的Li-檸檬酸溶液；

3)將Ta-檸檬酸溶液與Li-檸檬酸溶液混合，并調節溶液的pH值到2～10；

4)向上述溶液中加入乙二醇，按照乙二醇與檸檬酸的摩爾比為(1～10)∶1的比例，攪拌均勻后，得到鉭酸鋰前驅體溶膠；

5)將該前驅體溶膠在30～100℃下加熱，得到粘稠狀的鉭酸鋰凝膠；