[發明專利]一種釔摻雜小尺寸鈦酸鋇納米粉體的制備方法

在審

• 申請號: 202110945194.2
• 申請日: 2021-08-17
• 公開（公告）號: CN113603135A
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 羅國強;范雨欣;王雪飛;涂溶;沈強;張聯盟
• 申請（專利權）人: 化學與精細化工廣東省實驗室潮州分中心
• 主分類號: C01G23/00
• 分類號: C01G23/00
• 代理公司: 汕頭市南粵專利商標事務所(特殊普通合伙) 44301
• 代理人: 楊旭生

本發明公開了一種釔摻雜小尺寸鈦酸鋇納米粉體的制備方法，具體步驟為：首先將鈦酸四丁酯與油酸、短鏈醇類混合制得鈦酸四丁酯溶液，將鋇鹽與無機堿、去離子水混合制得強堿性鋇鹽溶液，將硝酸釔溶解在去離子水中制得硝酸釔溶液。本發明的一種釔摻雜小尺寸鈦酸鋇納米粉體的制備方法基于水熱法，分別采用鈦酸四丁酯作為固定鈦源和氫氧化鋇、硝酸鋇等作為鋇源，利用硝酸釔溶液提供的釔離子，并用油酸作表面活性劑制備出釔摻雜鈦酸鋇納米顆粒。

技術領域

本發明屬于陶瓷納米分體制備技術領域，具體地說，涉及一種釔摻雜小尺寸鈦酸鋇納米粉體的制備方法。

背景技術

鈦酸鋇是一種最為常見、用量最廣的鐵電材料，以鈦酸鋇為主晶相的陶瓷具有良好的介電性能，可廣泛用來制備鐵電多層陶瓷電容器(PLCC)、多層陶瓷電容器(MLCC)及半導體陶瓷等電子陶瓷材料。近年來，隨著電子元器件的微型化、小型化、薄層化發展趨勢，納米尺寸的鈦酸鋇粉料就成為鈦酸鋇介質瓷料發展的必然趨勢。在工業中制備的鈦酸鋇粉末應該盡可能細小且分散均勻，這樣燒制而成的電子陶瓷可以制造出更小，更薄的介質材料，性能更為優越。

目前制備鈦酸鋇粉體方法很多，主要為固相法和液相法。固相法包括高溫燃燒合成、低溫燃燒合成法和高能球磨法。傳統的固相法不能精確控制顆粒尺寸和形狀，嚴重影響陶瓷性能。常見液相法包括化學沉淀法、溶膠-凝膠、水熱法等方法。化學沉淀法根據沉淀的方式又可以細分為：共沉淀法、直接沉淀法和均勻沉淀法,其中共沉淀法已經實現工業化生產。共沉淀法的優點在于工藝簡單，反應溫度低，制備時間短，成本低。但缺點是必須經過煅燒才能得到粉體材料，煅燒過程中易引入雜質，粉體會發生團聚造成粒徑分布不均勻。溶膠-凝膠法的最大優點是能實現多種材料的均勻摻雜，產品純度高、粒徑小。缺點在于金屬醇鹽價格昂貴、成本高，凝膠顆粒之間燒結性差，且反應介質是具有毒性的有機溶劑，高溫煅燒處理容易導致納米粉體快速團聚，對工藝條件要求較為苛刻。與其他液相法相比，水熱法無需高溫煅燒，成本低，粉體團聚小，組分均勻，可調控粉體形貌和結構，被認為是推動電子元件向片式化、小型化等方向發展的一種理想合成方法。

鈦酸鋇室溫下介電常數為1400左右，相對較低，難以滿足高性能元器件的要求，這些問題極大的限制了鈦酸鋇在一些高端電子行業的應用。由于稀土元素離子化學性質的特殊性，使得稀土離子在鈦酸鋇材料的摻雜改性中具有非常大的潛力。稀土離子的化學價態和離子半徑均處于Ba2+和Ti4+之間，能夠取代Ba2+或Ti4+，相應地在鈦酸鋇晶格中會產生晶格缺陷，如電子、空位等來補償價態平衡。稀土離子的摻雜可抑制晶粒生長，提高室溫下的介電常數，在材料領域有著廣泛的應用前景。專利CN 105254295 A通過溶膠-水熱法制得釹摻雜分散性較好的鈦酸鋇粉體，但該制備工藝復雜，合成的鈦酸鋇顆粒尺寸比較大。專利CN106187163A通過溶膠-凝膠法制備出釹摻雜高四方相鈦酸鋇粉體，但該方法操作復雜，且需要高溫煅燒。。

發明內容

本發明的所要解決的技術問題在于提供一種用釔元素的摻雜改性對鈦酸鋇顆粒的介電常數進行優化，以滿足當今電子工業上制造高質量微型器件的需要的釔摻雜小尺寸鈦酸鋇納米粉體的制備方法。

本發明解決上述技術問題的技術方案為：

一種釔摻雜小尺寸鈦酸鋇納米粉體的制備方法，包括如下步驟：

S1，將20mmol鈦酸四丁酯與2～5ml油酸、10～20ml短鏈醇混合制得鈦酸四丁酯溶液；

S2，將20～60mmol鋇鹽與1g無機堿、16～30ml去離子水混合制得強堿性鋇鹽溶液；

S3，將7.6612g硝酸釔溶解在5ml去離子水中制得4mol/L的硝酸釔溶液；

S4，將強堿性鋇鹽溶液緩慢加至鈦酸四丁酯溶液中直至完全混合，再滴加硝酸釔溶液至溶液中形成釔摻雜，再通過磁力攪拌30min，使釔摻雜其均勻分布，獲得混合液；