[發明專利]一種鈦酸鉍鈉-鈦酸鍶亞微米棒及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710621235.6
• 申請日: 2017-07-26
• 公開（公告）號: CN107311649B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 張斗;周學凡;羅行;吳忠;周科朝
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C04B35/47
• 分類號: C04B35/47;C04B35/626
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 魏娟

本發明公開了鈦酸鉍鈉?鈦酸鍶的復合壓電鐵電材料，呈多晶亞微米棒形貌。本發明還提供了所述的復合材料的制備方法，包括步驟(1)：以鈉源A和二氧化鈦為反應物，按Na₂Ti₆O₁₃的化學計量比稱取并與熔鹽混合；混合后的物料再在1000～1100℃下燒結；得鈦酸鈉單晶亞微米棒；步驟(2)：以二氧化鈦、鈉源B、鉍源、鍶源和鈦酸鈉單晶亞微米棒為反應物，按化學式Na_0.5Bi_0.5TiO₃?xSrTiO₃化學計量比稱取并與熔鹽混合；混合后的物料再在850～950℃下燒結，燒結產物經洗滌、干燥，即得。本發明獨創性地鈦酸鈉單晶亞微米棒作為前驅體，再結合后續的二段熔鹽法的各關鍵參數的控制，通過拓撲反應；可出人意料地制得具有棒狀亞微米級別的鈦酸鉍鈉?鈦酸鍶的復合壓電鐵電材料。

技術領域

本發明涉及一種鈦酸鉍鈉-鈦酸鍶亞微米棒及其制備方法，屬于無鉛壓電鐵電材料亞微米棒的制備領域。

背景技術

壓電鐵電材料作為一種重要的功能材料，在電子、機械和通訊等領域都有著不可替代的應用價值，利用其壓電特性，可以制備成各種傳感器、換能器和驅動裝置等，而利用其介電性能則可以制備成各種電容和儲能器件。目前常用的壓電鐵電材料為鋯鈦酸鉛(PZT)等鉛基材料，其具有非常優異的壓電、鐵電和介電性能，但是鉛具有毒性，會危害人體健康并對環境造成污染，因此亟須尋求一種無鉛的、環境友好的并且性能優良的壓電鐵電材料以取代傳統的鉛基壓電鐵電材料。無鉛壓電鐵電材料中，鈦酸鉍鈉(Na_0.5Bi_0.5TiO₃，NBT)因其具有較高的剩余極化強度、居里溫度、介電常數以及近年來發現的大場致應變而受到重視，被認為是最有希望取代鉛基壓電鐵電材料的無鉛體系。

現有技術也公開了一些鈦酸鉍鈉以及摻雜有關物料的材料以及制備方法；例如，公開號為CN105036736 A的中國專利文獻公開了一種鈦酸鉍鈉基無鉛電致伸縮陶瓷材料，具體公開了一種將原料在800-900℃下燒結、隨后再在1150-1200℃下燒結的工藝。公開號為CN102633503 A的中國專利文獻公開了一種具有高電致應變的鈦酸鉍鈉基無鉛壓電材料，具體公開了一種預先將原料在800-900℃下燒結、隨后再在1150-1250℃下燒結的工藝。可以看出，目前針對鈦酸鉍鈉陶瓷材料的制備及研究仍集中于利用固相燒結法制備宏觀性能優異的陶瓷塊體。此種制備工藝往往需要多次球磨和高溫燒結過程，能耗較大，且所制備的陶瓷為宏觀尺寸。然而，隨著電子元器件逐漸走向小型化、集成化和高功能化，微納尺寸的，尤其是一維尺度的壓電鐵電材料越來越受到重視，如納米線、納米棒、納米管和亞微米棒等，被廣泛研究并應用于先進傳感器、換能器、納米發電機和高能電容器等器件中。在無鉛體系中，相比于鈦酸鋇(BaTiO₃)，一維NBT基壓電鐵電材料的制備和研究較少。

例如，公開號為CN 105860376 A的中國專利文獻公開了一種基于NBT單晶納米線的介電復合材料的制備方法，通過水熱法制備得到長徑比為20-50的NBT單晶納米線材料，將其用多巴胺進行化學修飾后再與偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物復合，得到介電復合材料。該方法通過水熱反應，制得BNT納米線。

目前，還未見有鈦酸鉍鈉-鈦酸鍶復合亞微米棒的相關報道。

發明內容

本發明的一個目的在于，提供一種亞微米尺度的鈦酸鉍鈉-鈦酸鍶復合壓電鐵電材料(本發明也稱為Na_0.5Bi_0.5TiO₃-xSrTiO₃，簡寫為NBT-xST)，該復合材料具有獨特的一維棒狀形貌。

本發明的第二目的在于，旨在提供一種可制得所述的棒狀形貌的制備方法。

本發明的第三目的在于，提供一種所述的鈦酸鉍鈉-鈦酸鍶復合材料的應用。