[發明專利]一種鑭系稀土離子摻雜鈦酸鉍單晶薄片及其制備方法

有效

• 申請號: 201310221778.0
• 申請日: 2013-06-05
• 公開（公告）號: CN103266345A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 王金斌;王芳;鐘向麗;李波;廖敏;譚叢兵
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: C30B7/14
• 分類號: C30B7/14;C30B29/32
• 代理公司: 北京卓恒知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11394
• 代理人: 唐曙暉;劉明芳

技術領域

本發明屬于無機化學領域，特別是涉及一種鑭系稀土離子摻雜鈦酸鉍單晶薄片及其制備方法。

背景技術：

隨著科學技術的進步和電子器件的小型化趨勢的要求，鐵電微納米材料受到了人們的重視。微納米材料具有不同于其塊體材料的物理和化學性能，這些物理化學性能在很大程度上取決于材料的尺寸和形貌。鑭系稀土離子(如La3＋、Nd3＋、Pr3＋、Sm3＋、Eu3＋等)摻雜鈦酸鉍材料具有大的剩余極化強度、良好的耐疲勞性質、高的居里溫度和較低的熱處理溫度，是最有希望成為替代傳統鉛基鐵電體的新型無鉛鐵電材料。目前，制備微納米材料的方法有很多，而液相法在控制材料的尺寸和形貌上顯示出了巨大的優勢。

鑭系稀土離子摻雜鈦酸鉍是一種復雜鉍層狀鈣鈦礦結構的鐵電材料，在采用液相法，特別是水熱法制備鈦酸鉍或者其他離子摻雜鈦酸鉍等鈦酸鉍系列微納米材料時，由于反應介質中含有大量的水，Bi鹽容易發生水解副反應，使產物中含有Bi2O3或焦綠石相Bi2Ti2O7等雜質，難以獲得純相的鈦酸鉍系列材料。目前已經有一些鈦酸鉍系列的微納米材料被制備出來，但是需要經過繁瑣的共沉淀過程去掉雜質離子，或者加入添加劑等手段得到純相的鈦酸鉍系列材料。制備出高質量的微納米材料是其得以應用的一個前提，因此探索新的方法、新的工藝來制備高質量的鐵電微納米材料是非常有必要的。

發明內容：

本發明的目的是提供一種鑭系稀土離子摻雜鈦酸鉍單晶薄片及其制備方法，本發明以有機溶劑作為主要反應介質。制備工藝簡單、設備低廉，并能制備出尺寸大、純度高的鑭系稀土離子摻雜鈦酸鉍單晶薄片。

一種鑭系稀土離子摻雜鈦酸鉍單晶薄片，所述的鑭系稀土離子摻雜鈦酸鉍薄片平均長度為1－15um，優選5-10μm，優選6-8um；平均厚度為40－200nm，優選50-200nm，更優選70-150nm，尤其80-130nm。

一種鑭系稀土離子摻雜鈦酸鉍單晶薄片的制備方法，其包括以下幾個步驟：

第一步：稱取硝酸鉍與鑭系硝酸鹽或醋酸鹽，將其溶解于乙二醇甲醚中，然后再往其中加入鈦酸四丁酯，得到Bi4-xRxTi3O12溶液；

第二步：將NaOH水溶液加入第一步得到的Bi4-xRxTi3O12溶液中，然后過濾，得到沉淀；

第三步：將沉淀攪拌均勻后，裝入反應釜中加熱，反應完成后自然冷卻至室溫，將底層黑色沉淀清洗，放入真空干燥箱中干燥。

一種鑭系稀土離子摻雜鈦酸鉍單晶薄片的制備方法，其中第一步中的R為鑭系稀土元素，0<x≤1.5，Bi：R：Ti的摩爾比為4-x:x:3。

一種鑭系稀土離子摻雜鈦酸鉍單晶薄片的制備方法，第一步中得到Bi4-xRxTi3O12溶液的濃度為0.02～0.1mol/L。

一種鑭系稀土離子摻雜鈦酸鉍單晶薄片的制備方法，第二步中NaOH水溶液的濃度為2～4mol/L，反應溫度為160～200℃，反應時間為20～30h。

一種鑭系稀土離子摻雜鈦酸鉍單晶薄片的制備方法，第一步與第二步中溶液的體積比為4:1～7:3。

一種鑭系稀土離子摻雜鈦酸鉍單晶薄片的制備方法，第三步中清洗的方法為用蒸餾水，乙醇多次洗滌。

本發明采用有機溶劑作為主要反應介質，有效避免了由于大量水存在時發生的水解反應，從而避免了雜質相的生成。本發明所制得的鑭系稀土離子摻雜鈦酸鉍單晶薄片尺寸大、純度高、無雜質相生成。

附圖說明

圖1為本發明實施案例1得到的釹摻雜鈦酸鉍單晶薄片的掃描電鏡照片。

圖2為本發明實施案例2得到的鑭摻雜鈦酸鉍單晶薄片的透射電鏡照片。

圖3為本發明實施案例3得到的鑭摻雜鈦酸鉍單晶薄片的高分辨透射電鏡照片和選區電子衍射圖。

具體實施方式

下面結合具體的實施方式對本發明的技術方案做進一步說明。

實施案例1

第一步：按照摩爾比為3.15：0.85：3稱取五水硝酸鉍、硝酸釹和鈦酸丁酯，先將五水硝酸鉍和硝酸釹溶于乙二醇甲醚中，然后再往其中加入鈦酸丁酯，制得16ml、0.02mol/L的Bi3.15Nd0.85Ti3O12前驅體溶液；

第二步：將2mol/L氫氧化鈉溶于去離子水中，配制4ml氫氧化鈉水溶液；