[發明專利]一種Bi12TiO20的可控制備方法

有效

• 申請號: 201610841663.5
• 申請日: 2016-09-22
• 公開（公告）號: CN106477628B
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 胡登衛;閆亞麗;牛曉梅;田梅娟;程花蕾;凡明錦;楊得鎖;王曉玲;王宏社;趙立芳;郭進寶
• 申請（專利權）人: 寶雞文理學院
• 主分類號: C01G29/00
• 分類號: C01G29/00
• 代理公司: 北京精金石專利代理事務所(普通合伙)11470
• 代理人: 強紅剛

技術領域

本發明屬于無鉛壓電陶瓷材料學領域，具體而言，涉及一種Bi₁₂TiO₂₀納米晶體的可控制備方法。

背景技術

材料的應用在我們生活中無處不在，從使用性能上可以分為結構材料和功能材料兩大類，其中結構材料的應用依據是其強度、硬度、彈性等力學特性，功能材料則是在電、磁、光等物理特性的基礎上(裴先茹,高海榮.壓電材料的研究和應用現狀[J].安徽化工, 2010,3(36):4–5.)，用這些不同性能的材料來制作具有不同功能的材料。壓電材料是一種功能材料，能實現機械能與電能之間的相互轉換，是一類對聲、熱、光等外界因素比較敏感的電子材料，廣泛應用于工業部門和高科技領域(蓋學周.壓電材料的研究發展方向和現狀[J].中國陶瓷,2008,5(44):9–13.)。

BaTiO₃是最早發現的壓電陶瓷材料，被認為是應用最廣的一種高介電常數鈣鈦礦鐵電體(張林慧,廖運文,李偉,姜寧,王文芳.BNKT-BZT陶瓷的制備和性能研究[J].壓電與聲光,2013,5(35):727–733.)。但是，這類壓電材料的介電溫度穩定性極差，尤其是在相變溫度附近介電常數波動很大，這也極大地限制了其應用。因此，很多研究人員依據摻雜改性思想，通過用Pb等元素取代Ba來改變BaTiO₃陶瓷的溫度特性。目前我們所用的壓電陶瓷材料絕大部分都是鉛基壓電陶瓷材料，而其中大量的氧化鉛會給環境和人類生活帶來危害，順應如今保護環境和可持續發展的理念與需求，無鉛壓電陶瓷材料的研究及應用為壓電材料的發展開創更為廣闊的前景。如今，越來越多的研究人員對 BaTiO₃基、鈦酸鉍鈉(BNT)基、鉍層狀結構以及鈮酸鹽系四大類無鉛壓電陶瓷體系進行了大量的研究和開發工作(石偉麗,邢志國,王海斗,李國祿,張建軍.無鉛壓電陶瓷的現狀[J].材料導報,2014,2(28):45–50.)，其中以日本學者在無鉛壓電陶瓷的研究最多。

尤其是在鉍層狀結構化合物方面的研究，鉍系結構化合物鐵電體有一個通式

(Bi₂O₂)²⁺(A_m-1B_mO_3m+1)^2-，(A_m-1B_mO_3m+1)^2-與三氧化二鉍層(Bi₂O₃)沿著c軸交錯組成偽鈣鈦礦的晶體結構。由于它們有著很高的居里溫度(T_c)、較低的介電常數，故特別適合在高溫環境使用。鉍層狀結構鐵電體的鐵電性具有各向異性，其自發極化主要發生在 b軸方向。傳統方法制備的鉍層結構的鐵電材料因其自由取向致使壓電性能較低。為了提高鉍層結構鐵電體材料鐵電性和壓電性，近年來聚焦于鉍層結構材料的制備技術的研究較多。

目前，國內外合成鈦酸鉍的方法主要有固相合成法、高能球磨法、共沉淀法、溶膠 -凝膠法、熔鹽法等。這些對于非鉛系壓電陶瓷材料的不斷開拓，為無鉛壓電陶瓷材料的研究開辟了一個新的方向，但是這些方法所得的粉體容易團聚，形貌難以控制，陶瓷顆粒較大，密度較小，工藝流程復雜。由于以上方法都在不同程度上存在某些缺陷，因此尋求制備鈦酸鉍系列氧化物的新方法具有一定的經濟意義和社會意義。

發明內容

本發明的目的旨在克服現有技術的不足之處，提供了一種Bi₁₂TiO₂₀納米晶體的可控制備方法。利用該方法所得晶體相發育完整，純度高，晶粒形貌規則，尺寸均勻，可大幅提升材料的壓電性能。

為了實現本發明的目的，發明人以HT(H_1.07Ti_1.73O₄·nH₂O)與Ba(OH)₂·8H₂O為原料水熱合成HT/BT納米復合體，再以HT/BT納米復合體與Bi(NO₃)₃·5H₂O及KOH溶液為原料水熱反應合成Bi₁₂TiO₂₀納米晶體，該晶體不僅不含有鉛，并且粉體松散、粒徑小且分布窄、純度高、化學成分均勻，工藝簡單，效率高。