[發明專利]鈦酸鉛陶瓷單晶納米片的制備方法

無效

• 申請號: 201210456270.4
• 申請日: 2012-11-14
• 公開（公告）號: CN102923766A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 徐剛;黃曉強;任召輝;沈鴿;韓高榮
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C01G23/00
• 分類號: C01G23/00;B82Y30/00
• 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

本發明涉及鈦酸鉛陶瓷單晶納米片的制備方法，屬于無機非金屬材料領域。

背景技術

納米材料與塊狀材料相比具有許多優異的性能，并且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，納米結構材料的合成和性能研究引起了人們越來越多的興趣和重視。

鈦酸鉛是一種典型的鈣鈦礦結構鐵電材料，其鐵電相變的居里溫度為490℃。由于具有優異的鐵電、壓電、熱釋電和介電性能，鈦酸鉛在非揮發性鐵電存儲器、壓電傳感器、熱釋電傳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。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、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，因此不易實現二維納米結構的制備。截止目前為止，制備出的鈣鈦礦結構鈦酸鉛納米片只有一例，但卻太厚。

發明內容

本發明的目的在于提供一種工藝簡單，易于控制的鈦酸鉛陶瓷單晶納米片的制備方法。

本發明的鈦酸鉛陶瓷單晶納米片的制備方法，包括以下步驟：

1）將硝酸鉛溶于去離子水，得到硝酸鉛水溶液，調節溶液中Pb²⁺的離子濃度為0.4~0.7mol/L；

2)?將鈦酸四丁酯溶于無水乙醇中，調節溶液中Ti⁴⁺的離子濃度為0.4~0.7mol/L；

3）攪拌的狀態下，將步驟1）所制備的硝酸鉛水溶液和步驟2）所制備的鈦酸四丁酯無水乙醇溶液加入到氨水水溶液里面，使鉛和鈦的摩爾比為1:1，調節溶液的pH值介于8-10之間，得到鉛和鈦的羥基氧化物沉淀，用去離子水洗滌，過濾；

4）將氫氧化鉀、硝酸鉀以及步驟3）得到的鉛和鈦的羥基氧化物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為反應釜內膽容積的1/3~4/5，攪拌至少1小時，氫氧化鉀的摩爾濃度為0.5~4mol/L,硝酸鉀的摩爾濃度為2~6mol/L，摩爾濃度的體積基數為前軀體漿料的總體積；

5）將裝有反應物料體的反應釜內膽置于反應釜中，密封，在160~240℃下保溫8~32小時進行水熱處理，然后讓反應釜自然冷卻到室溫，取出反應物，過濾，依次用醋酸、去離子水和乙醇清洗，烘干，得到鈦酸鉛陶瓷單晶納米片。

本發明中所用的反應釜為聚四氟乙烯內膽，不銹鋼套件密閉的反應釜。

本發明中所用的硝酸鉛、鈦酸四丁酯、氫氧化鉀、硝酸鉀、乙醇和醋酸等化學試劑的純度均不低于分析純。

本發明工藝過程簡單，易于控制，成本低，易于規模化生產。此方法制備的納米片厚度為10~100nm。

附圖說明

圖1?本發明合成的片狀鈦酸鉛納米粉體的X射線衍射（XRD）圖譜；

圖2?本發明合成的片狀鈦酸鉛納米粉體的掃描電子顯微鏡（SEM）照片。

具體實施方式

以下結合實施例進一步說明本發明。

實例1

1）將硝酸鉛溶于去離子水，得到硝酸鉛水溶液，調節溶液中Pb²⁺的離子濃度為0.5mol/L；

2)?將鈦酸四丁酯溶于無水乙醇中，調節溶液中Ti⁴⁺的離子濃度為0.5mol/L；

3）攪拌的狀態下，將步驟1）所制備的硝酸鉛水溶液和步驟2）所制備的鈦酸四丁酯無水乙醇溶液加入到氨水水溶液里面，使鉛和鈦的摩爾比為1:1，調節溶液的pH值介于8-10之間，得到鉛和鈦的羥基氧化物沉淀，用去離子水洗滌，過濾；

4）將氫氧化鉀、硝酸鉀以及步驟3）得到的鉛和鈦的羥基氧化物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為反應釜內膽容積的4/5，攪拌1小時，氫氧化鉀的摩爾濃度為1mol/L,硝酸鉀的摩爾濃度為3mol/L，摩爾濃度的體積基數為前軀體漿料的總體積；