[發(fā)明專利]具有一維晶體結構的鈦酸鉛納米管及其制備方法

無效

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• 申請日: 2010-05-21
• 公開（公告）號: CN101830499A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發(fā)明（設計）人: 韓高榮;任召輝;徐剛;魏曉;劉涌;翁文劍;杜丕一;趙高凌;張溪文;沈鴿
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C01G23/00
• 分類號: C01G23/00;B82B3/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本發(fā)明涉及鈦酸鉛納米管及其制備方法，尤其是具有一維晶體結構的鈦酸鉛納米管及其制備方法。

背景技術

鈦酸鉛(PbTiO₃)是一種典型的鈣鈦礦結構鐵電氧化物，由Shirane等人在1950年首先研究開發(fā)的，由于結構簡單，壓電性和鐵電性強，自從50年代發(fā)現(xiàn)以來，PbTiO₃一直是鐵電和壓電領域研究的原型材料，對于人們認識鈣鈦礦氧化物壓電和鐵電性的電子起源有著十分重要的意義。同時基于PbTiO₃的壓電陶瓷材料，如Pb(Zr，Ti)O₃(PZT)，Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃(PMN-PT)和Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃(PZN-PT)，被廣泛用于包括醫(yī)療成像，超聲波傳感器，驅動器和鐵電非揮發(fā)性存儲器等諸多領域。鑒于PbTiO₃對于鈣鈦礦氧化物鐵電性研究及器件應用的重要意義，許多的科研小組不斷探索PbTiO₃是否存在著其他晶體結構。2005年，Wu和Cohen理論預測了0K條件下PbTiO₃單斜相(10-12GPa)、菱方相(＞12GPa)的存在，隨著壓力的不斷增加(0GPa-24GPa)出現(xiàn)了四方-單斜-菱方-立方的相轉變，在相轉變的區(qū)域PbTiO₃有可能表現(xiàn)出巨大的壓電效應。隨后他們利用高壓環(huán)境下原位的拉曼光譜和同步輻射X射線衍射的手段發(fā)現(xiàn)了PbTiO₃的兩個單斜相和一個菱方相，并給出了壓力相圖，預測了巨大的機電耦合效應有可能在純的PbTiO₃化合物中實現(xiàn)，該結果發(fā)表在2008年1月的Nature雜志上(Nature，451，545-548，2008)。盡管在高壓的條件下，PbTiO₃具有不同的結構并有可能在相變區(qū)域出現(xiàn)巨大的機電耦合效應，但這些新的鐵電相或巨大的機電耦合效應都無法在常溫常壓下實現(xiàn)，不可能在實際的電子器件中得以應用。常溫常壓下PbTiO₃新結構的發(fā)現(xiàn)無疑將會大大促進PbTiO₃及其相關材料的研究，而新結構的特殊性能則為高性能器件制備提供可能。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡單、易操作，成本低廉的具有一維晶體結構的鈦酸鉛納米管及其制備方法。

本發(fā)明的具有一維晶體結構的鈦酸鉛納米管，其具有以下特征：

(a)空間群為I4/m；

(b)晶胞參數(shù)為每一個PbTiO₃晶胞由四十個原子組成，其中Pb∶Ti∶O＝1∶1∶3；

(c)晶胞中鉛、鈦、氧原子的x，y，z空間位置分別為：Pb(0.165，0.151，0.5)，Ti(0.471，0.142，0.5)，O1(0.605，0.028，0.5)，O2(0.169，0.289，0.0)，O3(0.543，0.260，0.5)。

本發(fā)明的具有一維晶體結構的鈦酸鉛納米管的制備方法，采用的是水熱法，包括以下步驟：

1)將鈦酸四丁酯溶于乙二醇甲醚，調節(jié)溶液中的Ti⁴⁺離子濃度為0.25～1mol/L；

2)攪拌狀態(tài)下，向步驟1)制得的鈦酸四丁酯的乙二醇甲醚溶液中加入質量濃度30％的氨水溶液，使鈦酸四丁酯水解沉淀，過濾，洗滌，得到鈦的羥基氧化物沉淀；

3)將硝酸鉛溶于去離子水，形成硝酸鉛水溶液，調節(jié)溶液中鉛離子的濃度為0.5～3.0mol/L；

4)將氫氧化鉀和聚乙烯醇分別溶于去離子水，配置濃度為0.5～3mol/L的氫氧化鉀水溶液和濃度為1g～16g/L的聚乙烯醇水溶液；

5)將以上制得的鈦的羥基氧化物沉淀、硝酸鉛水溶液、氫氧化鉀水溶液和聚乙烯醇水溶液加入到反應釜內膽中，用去離子水調節(jié)反應釜內膽中的反應物料體積達到反應釜內膽容積的70％～90％，攪拌至少3-5分鐘，得到懸浮液，其中鈦的羥基氧化物物質的量濃度為0.1～0.2mol/L，氫氧化鉀物質的量濃度為0.5～3mol/L，鉛與鈦的摩爾比為0.9～3；

6)將步驟5)配置有反應物料的反應釜內膽置于反應釜中，密封，在170～200℃下保溫4～24小時進行水熱處理，然后讓反應釜自然冷卻到室溫，卸釜后，用質量濃度0.5％的硝酸和去離子水反復洗滌反應產(chǎn)物，過濾、烘干，得到鈦酸鉛納米管。