[發(fā)明專利]一種鈣鈦礦鈦酸鉛納米片的自組裝結(jié)構(gòu)及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310225482.6
• 申請日: 2013-06-07
• 公開（公告）號: CN103253699A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐剛;鄧世琪;黃曉強(qiáng);李峰;任召輝;沈鴿;韓高榮
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: C01G23/00
• 分類號: C01G23/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 韓介梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鈣鈦礦鈦酸鉛納米片的自組裝結(jié)構(gòu)及其制備方法，屬于無機(jī)非金屬材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

納米材料與塊狀材料相比具有許多優(yōu)異的性能，并且隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)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(jié)構(gòu)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。

在納米科技領(lǐng)域，使納米顆粒、納米線、納米管或納米片等基本構(gòu)筑單元通過自組裝方式形成具有特定形狀的更為高級的納米結(jié)構(gòu)，不僅可以獲得單一構(gòu)筑單元所不具有的性能，還為納米材料的制備提供了一種新的方法和途徑。近年來人們采用水熱法和溶劑熱法合成出了Bi₂WO₆，BiOCl，ZnSe等化合物的納米花狀結(jié)構(gòu)。

鈦酸鉛是一種典型的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電材料，其鐵電相變的居里溫度為490℃。由于具有優(yōu)異的鐵電、壓電、熱釋電和介電性能，鈦酸鉛在非揮發(fā)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(yīng)用。具有鐵電壓電性能的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物一般為四方相或菱方相，由于結(jié)構(gòu)各向異性較小，因此不易實現(xiàn)自組裝納米結(jié)構(gòu)的制備。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡單，過程易于控制的鈣鈦礦鈦酸鉛納米片的自組裝結(jié)構(gòu)及其制備方法。

本發(fā)明的鈣鈦礦鈦酸鉛納米片的自組裝結(jié)構(gòu)是鈦酸鉛納米片自組裝的直徑介于1微米~10微米的花狀結(jié)構(gòu)，或為二維尺寸介于5微米~30微米的介孔板狀結(jié)構(gòu)。

上述的鈦酸鉛納米片的厚度介于5~50納米。

本發(fā)明的鈣鈦礦鈦酸鉛納米片的自組裝結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟：

1）計量稱取鈦酸四丁酯溶于無水乙醇溶劑中，形成濃度為0.05~0.2mol/L的鈦酸四丁酯無水乙醇溶液，然后將其滴入去離子水中水解得到鈦的羥基氧化物沉淀，用去離子水清洗；

2）將步驟1）所制備的鈦的羥基氧化物沉淀分散于氫氧化鉀溶液中，形成KOH濃度為3~8mol/L，Ti⁴⁺離子濃度為0.125~0.25mol/L的懸浮液；

3）將步驟2）所制備的懸浮液攪拌至少10分鐘后，轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，用去離子水調(diào)節(jié)使其體積占反應(yīng)釜容積的2/3~4/5，密閉，置于180℃~240℃保溫4~16小時熱處理，然后，在空氣中冷卻，降至室溫，取出反應(yīng)產(chǎn)物，過濾，依次用去離子水、無水乙醇清洗，60~100℃烘干，得到鈦酸鉀納米線粉體，上述步驟2）所述的KOH摩爾濃度和Ti⁴⁺離子摩爾濃度的體積基數(shù)為所有引入反應(yīng)釜內(nèi)膽中的物料體積；

4）計量稱取硝酸鉛溶解于去離子水中，形成濃度為0.108~0.236mol/L的硝酸鉛溶液；

5）攪拌下將步驟3）所得到的鈦酸鉀納米線粉體分散于步驟4）所制備的硝酸鉛溶液中，再加入KOH，用去離子水調(diào)節(jié)Ti⁴⁺離子濃度為0.12~0.225mol/L，Pb/Ti比為0.9:1.0~1.05:1.0，KOH濃度為8~12mol/L，充分?jǐn)嚢柚辽?h后，得到用于水熱反應(yīng)的懸浮液；?

6）將步驟5）所得到的懸浮液轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，用去離子水調(diào)節(jié)使其體積占反應(yīng)釜容積的2/3~4/5，密閉，置于180℃~240℃下保溫至少8小時熱處理，然后，在空氣中冷卻，降至室溫，取出反應(yīng)產(chǎn)物，過濾，依次用去離子水、無水乙醇清洗，60℃~100℃烘干，得到鈣鈦礦鈦酸鉛納米片的自組裝結(jié)構(gòu)，上述步驟4）所述的硝酸鉛溶液的摩爾濃度以及步驟5）所述的KOH摩爾濃度和Ti⁴⁺離子摩爾濃度的體積基數(shù)為所有引入反應(yīng)釜內(nèi)膽中的物料體積。

上述的鈦酸四丁酯、硝酸鉛、氫氧化鉀、無水乙醇和去離子水的純度均不低于化學(xué)純。

本發(fā)明在高濃度KOH的作用下，首次通過兩步水熱法得到了鈣鈦礦鈦酸鉛納米片的自組裝結(jié)構(gòu)，制備工藝過程簡單，易于控制，無污染，成本低，易于規(guī)模化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1是鈦酸鉀K₂Ti₆O₁₃的XRD圖譜；

圖2是鈦酸鉀K₂Ti₆O₁₃的掃描電鏡（SEM）照片；

圖3是鈣鈦礦鈦酸鉛納米片自組裝結(jié)構(gòu)的XRD圖譜；

圖4是鈣鈦礦鈦酸鉛納米片自組裝介孔板狀結(jié)構(gòu)的掃描電鏡（SEM）照片；

圖5是鈣鈦礦鈦酸鉛納米片自組裝花狀結(jié)構(gòu)的掃描電鏡（SEM）照片。