[發明專利]一種低溫合成超薄微米片狀鈦酸鍶鋇晶體的方法

有效

• 申請號: 201310320618.1
• 申請日: 2013-07-26
• 公開（公告）號: CN103435341A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 翟繼衛;劉少輝;汪金文;沈波
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C04B35/468
• 分類號: C04B35/468;C04B35/626
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 葉敏華

技術領域

本發明屬于無鉛壓電材料領域，尤其是涉及一種低溫合成超薄微米片狀鈦酸鍶鋇晶體的方法。

背景技術

壓電材料作為傳感器、制動器和變頻器被廣泛的應用于工業控制、環境監控、通訊、信息系統及醫療器械等領域。目前具有優異壓電性能的單晶材料由于制備技術復雜且費用昂貴制約了其適用范圍，而多晶材料由于晶粒取向任意分布，導致材料的壓電性能平庸難以應用，織構化技術使多晶料形成擇優取向，提高晶體的性能，大大提高了材料的性能，降低了生產的成本。

織構化技術是指通過工藝控制，使原本無規則取向的陶瓷晶粒定向排列，使之具有接近單晶的性能。目前研究較多的織構化技術主要有模版晶粒生長技術和反應模版生長技術。在這兩種方法中，制備具有片狀形貌特征的、合適的晶格結構的、不與基體反應的模版晶粒是一個關鍵步驟[伍萌佳，楊群保，李永祥.織構化工藝在無鉛壓電陶瓷中的應用.無機材料學報，2007，22，1026-1031.]。

目前制備高性能織構化壓電陶瓷的模版材料主要有鈦酸鋇、鈦酸鍶材料[G.L.Messing，S.Trolier-McKinstry，E.M.Sabolsky，et?al.Templated?grain?growth?of?textured?piezoelectric?ceramics，Critical?Reviews?in?Solid?State?and?Materials?Sciences，2004，29：45-96.]，大部分采用的是兩步熔鹽法，熱處理溫度在900-1000℃，能耗較大，并且鈦酸鋇屬于鈣鈦礦結構[J.P.Remeika，W.Morrison?Jackson.A?Method?for?Growing?Barium?Titanate?Single?Crystals?J.Am.Chem.Soc.，1954，76(3)，940-941.]，具有較高的對稱性，晶粒很難得到各向異性的形貌，制備的鈦酸鋇模版厚度均在2μm以上，采用這樣的鈦酸鋇模版不利于作為晶種在基體中平鋪，而鈦酸鍶模版的厚度較薄[Mohammad?E.Ebrahimi，Mehdi?Allahverdi，Ahmad?Safari.Synthesis?of?high?aspect?ratio?platelet?SrTiO3.J.Am.Ceram.Soc.，2005，88[8]2129-2132.]，制備的織構化具有較高的取向度，但由于鈦酸鍶順電相的存在，會導致陶瓷的壓電性能惡化。因此很有必要探索一種低溫合成超薄微米片狀新模版的方法，并且其居里溫度可以通過組分進行調控。

而鈦酸鍶鋇是鈦酸鋇與鈦酸鍶形成的固溶體，具有高的電容率，低介電損耗、居里溫度隨組成改變而改變、良好的鐵電、壓電、耐壓和絕緣性能，是一種優良的熱敏材料、鐵電壓電材料。微米級片狀鈦酸鍶鋇(Ba_xSr_1-xTiO₃)晶體適合用作模版制備高性能織構化壓電陶瓷的種晶，具有以下優勢：微米級片狀鈦酸鍶鋇具有外形為方片或長方片狀的外形，具有合適的尺寸，從而更好引導基體生長；通過調節鋇鍶比可以調節鈦酸鍶鋇的晶格常數和居里溫度，使鈦酸鍶鋇種晶與基體陶瓷粉體具有相近的晶格常數，更好的引導基體在種晶的表面外延生長。目前制備超薄微米片狀鈦酸鍶鋇模版的資料鮮有報道。

發明內容

本發明的目的就是為了克服現有工藝繁瑣，制備周期過長、能耗過大等不足而提供一種低溫合成超薄微米片狀鈦酸鍶鋇晶體的方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種低溫合成超薄微米片狀鈦酸鍶鋇晶體的方法，首先用熔鹽法制備出片狀的Bi₄Ti₃O₁₂中間體，然后利用NaOH和KOH在230～260℃融化提供的液體環境中，Bi₄Ti₃O₁₂中間體與Ba(OH)₂、Sr(OH)₂采用離子交換法制備超薄微米片狀鈦酸鍶鋇晶體。

該方法具體包括以下步驟：

(1)將TiO₂、Bi₂O₃粉體按照摩爾比1∶1.12～1∶1.4混合后得到混合粉體；將混合粉體與NaCl按照質量比1∶1.1～1∶1.3混合，在950～1150℃下保溫2小時，通過超聲清洗粉體中的NaCl，75～90℃下干燥，獲得片狀的Bi₄Ti₃O₁₂晶體；