[發明專利]一種八面體結構鈣鈦礦鈦酸鉛單晶納米顆粒的制備方法

有效

• 申請號: 201210398400.3
• 申請日: 2012-10-19
• 公開（公告）號: CN102877131A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 韓高榮;尹思敏;任召輝;鈔春英;肖珍;劉振亞;沈鴿
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C30B29/32
• 分類號: C30B29/32;C30B7/10
• 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

本發明涉及一種八面體結構鈣鈦礦鈦酸鉛單晶納米顆粒的制備方法，屬于無機非金屬材料領域。

背景技術

鈣鈦礦結構鈦酸鉛(PbTiO₃)是一種典型的鐵電氧化物，其結構簡單，并具有優異的鐵電、壓電、介電性能。鈦酸鉛具有高的鐵電相變居里溫度（490^oC）和高的自發極化，在非揮發性鐵電存儲器、壓電傳感器、熱釋電敏感器和高介電電容器等微電子器件的制備上有著廣泛的應用。隨著科學技術的進步和電子器件的小型化，對材料的納米化也提出了越來越多的要求。因此，新形貌鈦酸鉛納米結構的合成和性能研究引起了人們越來越多的興趣和重視。通常，鈣鈦礦結構鈦酸鉛是利用固相反應法制備的。但是利用固相法制備的鈦酸鉛不僅團聚嚴重，化學組成因為鉛在高溫煅燒過程中的揮發產生偏離，而且難以控制合成的鈦酸鉛顆粒的形狀。相對于固相反應法，溶膠-凝膠法、模板方法、共沉淀法、水熱法、熔鹽法等濕化學方法或半濕化學方法，可以在較低的溫度下實現保持鈦酸鉛化學計量的合成。其中水熱法和熔鹽法是在溶液中生長出鈦酸鉛晶體顆粒，因此可以制備出具有規則刻面的鈣鈦礦結構鈦酸鉛納米晶。

具有鐵電壓電性能的鈣鈦礦結構氧化物一般為四方相或菱方相，由于結構各向異性較小，難以實現取向生長，因此不易實現多面體形狀的鈦酸鉛納米晶的制備。目前為止在鈦酸鉛納米新形貌制備的文獻和相關報道中，挪威科技大學的Guozhong?Wang等通過水熱方法實現了芒刺狀鈦酸鉛的制備，南京科技大學的Yunfei?Liu等在水熱體系中發現了donut-like形狀的鈦酸鉛納米結構。還沒有發現有關鈦酸鉛八面體納米晶的制備方方法或途徑的相關文獻或專利。同時文獻中報道的八面體形狀的納米材料制備中，加州大學伯克利分校的Peidong?Yang制備了八面體結構的納米Ag顆粒膠體溶液，北京航空航天大學的Ning?Wang等在PbS體系中實現了八面體結構的制備。而在三元氧化物體系，如鈦酸鉛體系中，則沒有發現有關八面體形狀的制備方方法的報道和專利。截至目前為止，大規模的采用化學方法制備單分散的鈦酸鉛八面體形狀的納米顆粒幾乎沒有，也尚沒有關于鈣鈦礦結構鈦酸鉛八面體納米晶的報道和專利。

發明內容

本發明的目的在于提供一種工藝簡單，過程易于控制的八面體結構鈣鈦礦鈦酸鉛單晶納米顆粒的制備方法。

八面體結構鈣鈦礦鈦酸鉛單晶納米顆粒的制備方法，包括以下工藝步驟：

1）將二氧化鈦溶解在6?mol/L氫氧化鉀水溶液中,調節Ti⁴⁺濃度為0.01~0.2mol/L，得到鈦的羥基氧化物；

2）在攪拌狀態下，向步驟1）制得的鈦的羥基氧化物溶液中滴加Pb²⁺離子濃度為0.01~0.2?mol/L的硝酸鉛水溶液，攪拌2~3h，得到鈦和鉛的氫氧化物懸濁液；

3）在攪拌狀態下，向步驟2）制得的鈦和鉛的氫氧化物懸濁液中滴加Li⁺離子濃度為0.05~0.3?mol/L的硝酸鋰水溶液，攪拌1~2h，得到鉛、鈦和鋰混合氫氧化物懸濁液；

4）將步驟3）制得的鉛、鈦和鋰混合氫氧化物懸濁液體加入到反應釜內膽中，用去離子水調節反應釜內膽中的反應物料體積達到反應釜內膽容積的80%，攪拌至少3~5min，其中鈦的羥基氧化物摩爾濃度為0.1~0.2mol/L，氫氧化鉀摩爾濃度為6mol/L，鉛和鈦的摩爾比為1.0~2.0，摩爾濃度的體積基數為前軀體漿料的總體積；

5）將步驟4）配置有反應物料的反應釜內膽置于反應釜中，密封，在120~200^oC下保存4~24h進行水熱處理，然后讓反應釜自然冷卻到室溫，卸釜后，用去離子水和無水乙醇洗滌反應產物，過濾，烘干，制得八面體結構鈣鈦礦鈦酸鉛單晶納米顆粒。

本發明采用水熱反應，以鈦、鉛和鋰離子的混合沉淀引入反應物料，利用礦化劑氫氧化鉀來促進晶化，首次實現八面體形狀的鈣鈦礦相鈦酸鉛納米顆粒的合成。本發明工藝在實施過程中，對水熱合成產物的清洗是為了除去硝酸根等水溶性離子，同時將礦化劑與合成的鈦酸鉛八面體納米晶充分分離。

本發明工藝過程簡單，易于控制，無污染，成本低，易于生產。

附圖說明

圖1是本發明制備的八面體結構鈣鈦礦鈦酸鉛單晶納米顆粒的XRD圖譜；

圖2是本發明制備的八面體結構鈣鈦礦鈦酸鉛單晶納米顆粒的掃描電鏡照片；

圖3是本發明制備的八面體結構鈣鈦礦鈦酸鉛單晶納米顆粒的TEM譜。

具體實施方式

以下結合實施例進一步說明本發明。