[發明專利]一種低溫原位法生產鈦酸鋇納米粒子的方法

在審

• 申請號: 201610332794.0
• 申請日: 2016-05-19
• 公開（公告）號: CN107399968A
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 趙鵬君
• 申請（專利權）人: 趙鵬君
• 主分類號: C04B35/468
• 分類號: C04B35/468;C04B35/626;B82Y30/00
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技術領域

本發明涉及一種采用低溫原位流變相方法制備鈦酸鋇球形納米粒子的方法。

背景技術

鈦酸鋇是一種強介電化合物材料，具有高介電常數、低介電損耗、不含有毒元素等特點，是電子陶瓷中使用最廣泛的材料之一，廣泛應用于多層片式陶瓷電容器、正溫度系數熱敏電阻、復合材料陶瓷填料等領域，被稱為電子陶瓷工業的支柱。隨著現代先進制造業對于控制精度的要求越來越高，相應對電子元器件集成化、小型化的要求也愈來愈高。對于陶瓷前驅體材料粒度的納米化提出了新的要求。目前，工業通常采用高溫固相法制備大批量的鈦酸鋇陶瓷粉體材料，其原料為金屬氧化物，此方法于現代工業技術具有明顯的缺陷，例如，前驅體的煅燒溫度較高，耗能高；粉體粒度不均勻，質量一致性難以保證；粒度一般大于100 nm，粉體活性低，故該方法有一定的局限性，難以達到現代制造業的要求。目前，僅有世界少數企業能夠提供大批量納米級鈦酸鋇粉體（如日本堺化學，壟斷全球超過90%的納米級鈦酸鋇粉體市場），其主要采用液相水熱方法，該方法設備成本較高，且制備過程需要采用大量液相介質和抗團聚劑，單位體積產品產量較低，生產效率不高。

本發明針對鈦酸鋇納米粉體市場需求日益增加，技術壁壘高的背景，利用液態鈦基金屬有機化合物提供鈦源，與氫氧化鋇直接于室溫攪拌制成前驅漿料，然后將流變相前驅體轉移到容器中，通過控制固-液反應的溫度和時間，制備出球狀核殼納米粒子。該制備過程中，有機鈦源與氫氧化鋇發生原位水解反應，最終生成鈦酸鋇。本發明所具有工藝簡單，反應溫度低、環境友好，單位體積產量高、成本低廉等優點，制得的鈦酸鋇納米粒子為近球形，且尺寸分布均勻，粒度可控，可以作為高端片式陶瓷電容器、PTC熱敏電阻等電子元器件的陶瓷基體原材料。

發明內容

本發明的目的在于提供一種低能耗，球形鈦酸鋇納米粒子的合成方法；該方法利用氫氧化鋇提供鋇離子、液態鈦基金屬-有機化合物為鈦源，混合均勻后形成流變相前驅體，采用低溫原位反應制備出尺寸為20-100 nm的鈦酸鋇近球狀納米粒子。本發明涉及的納米粒子制備方法具有產物尺寸可控、成本低廉、單位體積產量高、環境友好、可重復性好等優點，可用于片式陶瓷電容器、PTC熱敏電阻、復合材料陶瓷基體等領域。

本發明所涉及的低溫流變相鈦酸鋇納米粒子制備方法按下列步驟進行：

(a) 將一定質量的氫氧化鋇置于燒杯中；

(b) 在a步驟中的容器中加入等摩爾質量的鈦基金屬有機化合物；

(c) 將b步驟所得固-液混合物攪拌30 min，使固體和液體混合均勻，形成均一的流變相前驅體；

(d) 將c步驟中所得流變相前驅體轉移到容器中，前驅體占容器的體積為10-80 %；

(e) 將d步驟中的容器密封，并置于恒溫箱中，反應溫度為80-160℃，反應時間為0.5-15 h；

(f) 步驟e所得產物轉移至布氏漏斗中，用0.05-0.2 mol/L稀鹽酸洗滌3次；

(g) 步驟f所得產物分散到離心管中，分散介質為去離子水，離心機轉速3000-5000 r/min，每次離心10-30min, 上述步驟重復3-5次；

(h) 步驟g所得離心產物置于真空干燥箱中干燥24h。

本發明涉及的鈦酸鋇納米粒子有望應用于高端片式陶瓷電容器、PTC熱敏電阻等電子元器件的陶瓷基體原材料等方面。

本發明針對工業領域對于鈦酸鋇納米粉體的需求，提供一種成本低廉、工藝簡單、環境友好的鈦酸鋇納米粉體大批量合成方法，這種方法合成的納米粒子具有粒子尺寸小、形貌成分可調、尺寸分布均勻、結晶性好等優點。

本發明合成鈦酸鋇納米粉體的過程中，在以下方面具有獨特之處：

(1)與固相反應相比，整個制備過程溫度較為溫和（低于200℃），節約大量能源，降低制備成本；

(2)相同體積容器產量極高，為液相反應（水熱、溶膠凝膠法、共沉淀法等）的數百倍甚至數千倍，提高了生產效率；

(3)所制備的納米粉體尺度均一，接近單分散，并可通過調節反應參數調節產物尺寸；

(4)反應過程中除基本鈦源和鋇源外，整個反應過程無其他物質參與，制備的納米粉體純度高，雜質含量少；

(5)所制備的核殼型納米粒子包含以下方面應用：

(a)在高端片式陶瓷電容器中的應用；

(b)在PTC熱敏電阻中的應用；

(c)在復合材料陶瓷基體中的應用；

(d) 在電動汽車動力電源中的應用。

具體實施案例

實施例1.