[發明專利]鈦酸鍶鋇單晶及制備方法

有效

• 申請號: 201811325287.X
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109321979B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 張紅芳;高炬
• 申請（專利權）人: 蘇州科技大學
• 主分類號: C30B29/32
• 分類號: C30B29/32;C30B1/10;C01G23/00
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 張佩璇

本發明屬于單晶的技術領域，具體涉及一種鈦酸鍶鋇單晶及制備方法。所述制備方法包括：固相反應制備設定鋇鍶比的鈦酸鍶鋇塊體，進一步制成200～2000目的微米粉末；采用溶膠?凝膠法制備鈦酸鍶鋇前軀體溶膠，進一步烘干后獲得設定鋇鍶比的無定形鈦酸鍶鋇干凝膠粉；將步驟1)中所述微米粉體、步驟2)中所述干凝膠粉與溶劑混合的漿料，所述漿料烘干后壓制成素坯試樣，然后將所述素坯試樣在燒結爐中燒結，燒結溫度為1200～1350℃，燒結完成后隨爐冷卻至室溫獲得設定鋇鍶比的鈦酸鍶鋇單晶產物。與現有技術相比，本發明具有如下優勢：燒結溫度低，可以獲得固定鋇鍶比的鈦酸鍶鋇單晶體；工藝簡單，成本低，復制性強。

技術領域

本發明屬于單晶制備的技術領域，具體涉及一種鈦酸鍶鋇單晶及其制備方法。

背景技術

鈦酸鍶鋇(Ba_1-xSr_xTiO₃,式中x mol％表示陶瓷體系中摩爾含量，0≤x≤100)是一種優良的電容器材料、熱敏材料和鐵電壓電材料。具有高介電常數、低介電損耗、居里溫度隨組成改變以及介電常數隨電場非線性變化等特點，因此在超大規模動態隨機存儲器、微波調諧器等領域有著廣闊的應用前景,成為電子集成器件領域最廣泛研究的材料之一。同時，鈦酸鍶鋇還具有較高的熱釋電系數，電卡效應與熱釋電效應是一對可逆效應；另外，鈦酸鍶鋇在相變轉變點彌散程度高，而且鈦酸鍶鋇是無鉛鐵電材料即環境友好材料。因此，可利用鈦酸鍶鋇的電卡效應發展成為一種新型的室溫致冷技術，藉此來研究新型固態致冷器，代替對環境污染嚴重的液態致冷材料如氟利昂。

陶瓷可分為多晶與單晶兩大類。單晶陶瓷因為不受晶粒大小、晶粒取向、晶界與氣孔率等的影響，從而比多晶陶瓷擁有更加優異的性能，如具有更加優異的介電、鐵電與光學性能等。鈦酸鍶鋇(Ba_1-x Sr_x TiO₃，0≤x≤100)是鈦酸鋇(BaTiO₃)和鈦酸鍶(SrTiO₃)的無限固溶體，根據Basmajian和Wechsler報道的相圖中可知Sr²⁺對Ba²⁺的摻入量為2.5at％時為鈦酸鍶鋇體系的同成分熔化點1585℃，具體參見Phase equilibria in the systemBaTiO₃-SrTiO₃.J Am Ceram Soc,1957,40:373–76和Phase equilibria in the systemBarium Titanate-StrontiumTitanate.J Am Ceram Soc,1992,75:981–84。目前報導的制備Ba_1-x Sr_x TiO₃單晶的生長方法有光學浮區法、助溶劑法、提拉法、激光加熱法等。用光學浮區法目前只有Sr²⁺對Ba²⁺的摻入量低于2.5at％的相關報導，并且對單晶生長的原材料的純度要求高、設備昂貴，過程復雜，工藝不易控制。也有文獻報導用助溶劑法、提拉法、激光加熱法可以制備Sr²⁺對Ba²⁺的摻入量可以達到0～35at％，但是Ba_1-x Sr_x TiO₃單晶形成的熔融溫度至少需要在1590℃以上，比如Henson R M和Pointon A J.的研究成果，Growth ofsingle crystal Ba_0.65 Sr_0.35 TiO₃ by solvent zone melting.J Cryst Growth.1974,26:174–176。并且，文獻中并沒有提供所制備的鈦酸鍶鋇單晶體的Ba/Sr比成份的單一性。因此，受制于目前上述的方法，對制備Sr²⁺對Ba²⁺的摻入量高于40at％的Ba_1-x Sr_x TiO₃單晶，至少要求的熔融溫度在1600℃，并且高質量的具有固定組份Ba/Sr比Ba_1-x Sr_x TiO₃單晶很難得到，即使得到也無法根據需要自行進行Ba/Sr比的限定。