[發(fā)明專利]堿土金屬摻雜的納米鈦酸鉍及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610075235.6
• 申請日: 2016-02-03
• 公開（公告）號: CN105753048B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃文歡;張亞男;楊雨豪;趙寧
• 申請（專利權(quán)）人: 陜西科技大學(xué)
• 主分類號: C01G29/00
• 分類號: C01G29/00;B82Y30/00
• 代理公司: 西安新思維專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司61114
• 代理人: 黃秦芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種溶膠凝膠納米材料，具體涉及一種堿土金屬摻雜的納米鈦酸鉍及其制備方法。

背景技術(shù)

鐵電陶瓷材料具有獨(dú)特的鐵電、介電、熱釋電、光電等性能，在軍事、醫(yī)學(xué)、通訊等眾多領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)的鐵電材料是以鋯鈦酸鉛（Pb(Zr,Ti)O₃）為主要成分的三元系材料。但是，由于含鉛材料對人體和環(huán)境具有很大的危害，加之鉛揮發(fā)引起材料及相關(guān)器件性能的不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生老化，增加材料及相關(guān)器件的損耗。隨著人類環(huán)保意識的提高，歐洲各國決定在近幾年逐漸停止含鉛材料的進(jìn)口。因此，探索與研究對環(huán)境無害、性能穩(wěn)定的鐵電陶瓷材料具有十分重要的意義。

以Bi₄Ti₃O₁₂(m=3)和Bi₅Ti₄O₁₅(m=4)為代表的鉍層狀鐵電材料具有優(yōu)良的鐵電性能，如抗疲勞特性、低的極化反轉(zhuǎn)電壓和快的反轉(zhuǎn)時間，能很好達(dá)到鐵電存儲器的要求，而成為FRAM最佳候選材料。同時它具有較高的居罩溫度、機(jī)電耦合系數(shù)各向異性明顯、低老化率、高電阻率、大的介電擊穿強(qiáng)度等特點(diǎn)，因而適合于高溫、高頻場合使用的壓電材料。通過采用一些金屬部分替代Bi離子，形成摻雜RxBi_4-xTi₃O₁₂或 RBi_5-xTi₄O₁₅材料，會具有更加優(yōu)異的性能。

為了獲得良好的鐵電材料，獲得優(yōu)良的納米粉體至關(guān)重要。近十幾年來，尖端電子技術(shù)的發(fā)展促使人們對鐵電細(xì)粉的制備技術(shù)不斷探索。濕化學(xué)方法作為一種制備超細(xì)粉的方法成為各國材料科學(xué)家研究的熱點(diǎn)之一。在濕化學(xué)方法合成鐵電粉體方面也有大量研究。這是因?yàn)椋ㄟ^濕化學(xué)法合成的粉末具有顆粒小，燒結(jié)溫度低的特點(diǎn)，從而為后續(xù)高質(zhì)量的鐵電塊體的制備奠定了基礎(chǔ)。但現(xiàn)有的濕化學(xué)法，要么采用共沉淀技術(shù)，要么采用常規(guī)溶膠凝膠法，都不能獲得納米級的RBi_5-xTi₄O₁₅粉末。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種堿土金屬摻雜的納米鈦酸鉍及其制備方法，基于濕化學(xué)制備方法，在低溫下獲得顆粒小、分布均勻的納米粉體。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

堿土金屬摻雜的納米鈦酸鉍的制備方法，其特征在于：

包括以下步驟：

步驟一：前驅(qū)溶液的制備：

（1）將堿土金屬硝酸鹽溶解在乙醇中，并加入尿素，攪拌后獲得澄清溶液A；

堿土金屬、尿素和乙醇的摩爾比例為1：（9-18）：5；

（2）將鈦酸丁酯溶解在乙醇中，加入苯甲酰丙酮，攪拌后獲得澄清溶液B；

鈦酸丁酯、苯甲酰丙酮和乙醇的摩爾比例為1：（0.8-1.6）：5；

（3）將硝酸鉍溶解在乙醇和醋酸的混合溶液中，加入苯甲酰丙酮，攪拌后獲得澄清溶液C；

硝酸鉍、醋酸、苯甲酰丙酮和乙醇的摩爾比例為1：（20-40）：（0.6-1.2）：5；

（4）將澄清溶液A、B、C按照堿土金屬硝酸鹽：鈦酸丁酯：硝酸鉍=1：4：4的摩爾比例混合，獲得澄清溶液，通過調(diào)整乙醇的用量，該溶液的總的金屬離子控制在1.0mol/l；

步驟二：凝膠的制備：

將步驟一獲得的澄清溶液置于紫外燈下輻照48-72小時，然后靜置24小時，最后置于65℃的烘箱中，直至烘成粘稠狀黃色透明膠體；

步驟三：粉末的制備：

將步驟二得到的粘稠狀黃色透明膠體倒入方舟中，然后置于400℃的馬弗爐中熱分解，獲得灰色殘留物；將該灰色殘留物研磨后，繼續(xù)在550℃的馬弗爐中煅燒2小時，獲得的粉末經(jīng)過研磨，即可獲得所需的堿土金屬摻雜的鈦酸鉍納米粉體。

步驟一（1）中，堿土金屬硝酸鹽為硝酸鈣、硝酸鋇或硝酸鍶。

步驟二中，紫外燈的紫外線主波長為325nm。

如所述的堿土金屬摻雜的納米鈦酸鉍的制備方法制得的堿土金屬摻雜的納米鈦酸鉍粉體。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）通過前驅(qū)溶液中添加苯甲酰丙酮為絡(luò)合劑，在溶液中形成了三維的網(wǎng)絡(luò)狀體系，有利于金屬離子在溶膠中的分散，從而易于獲得納米粉體；

2）利用紫外輻照溶膠，使得絡(luò)合物官能團(tuán)處于激發(fā)態(tài)，即給予了絡(luò)合物一定得能量，從而在后續(xù)的燒結(jié)過程中，無需太高的溫度即可獲得納米粉體；