[發明專利]一種通過鐵電極化和氧空位協同增強鐵電材料濕敏性能的方法

有效

• 申請號: 202210955655.9
• 申請日: 2022-08-10
• 公開（公告）號: CN115353379B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 馬楠;陳欣怡
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/453
• 分類號: C04B35/453;C04B35/468;C04B35/495;C04B35/622;C04B41/88;G01N27/22
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

本發明涉及一種通過鐵電極化和氧空位協同增強鐵電材料濕敏性能的方法，包括：（1）將鐵電陶瓷粉體和粘結劑混合后壓制成型，再經脫粘和燒結，得到鐵電陶瓷塊體；（2）對鐵電陶瓷塊體施加外加電場進行極化處理，再經搗碎和研磨，得到極化富氧空位鐵電粉體。

技術領域

本發明涉及增強鐵電材料濕敏性能的方法，尤其是涉及一種鐵電極化和氧空位協同增強鐵電材料濕敏性能的方法，具體涉及一種極化富氧空位鐵電粉體及其制備方法和應用。

背景技術

濕度傳感器在人類日常生產生活中起到了重要的作用，廣泛應用于醫療、農林、化工、食品、氣象、科研等眾多領域。濕敏材料是濕度傳感器的核心部分，目前常見的濕敏材料包括金屬氧化物、光子晶體、聚合物和石墨烯復合材料等。但是這些材料存在合成工藝復雜，靈敏度低、響應和恢復時間長等缺點，不利于濕度傳感器的大規模應用。濕敏材料對水分子的吸附能力決定了濕度傳感器性能的優劣。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的缺陷，本發明提供一種通過鐵電極化和氧空位協同增強鐵電材料濕敏性能的方法，具體提供了一種極化富氧空位鐵電粉體及其制備方法和應用。

第一方面，本發明提供了一種通過鐵電極化和氧空位協同增強鐵電材料濕敏性能的方法，包括：

(1)將鐵電陶瓷粉體和粘結劑混合后壓制成型，再經脫粘和燒結，得到鐵電陶瓷塊體；

(2)對鐵電陶瓷塊體施加外加電場進行極化處理，再經搗碎和研磨，得到極化富氧空位鐵電粉體。

本發明中，鐵電材料因極化在表面產生束縛電荷，空氣中的水分子或羥基能夠吸附在其表面來屏蔽這些束縛電荷。因此，鐵電極化能夠促進水分子或羥基的吸附，而表面氧空位則為水分子或羥基提供了大量的吸附位置。因此，通過一種鐵電極化和氧空位的協同效應來提升鐵電材料的濕敏性能，對高靈敏度傳感器的發展是十分有意義的。

較佳的，所述鐵電陶瓷粉體為具有濕敏特性的鐵電材料，優選選自BiFeO₃粉體、BaTiO₃粉體、K_1-xNa_xNbO₃粉體(x＝0～1)、LiNbO₃粉體、Na_1-yBi_yTiO₃粉體(y＝0.45～0.55，優選0.5)、(Ba_1-zSr_z)TiO₃粉體(0＜z≤1，優選0.5)、Bi_1-bK_bTiO₃粉體(b＝0.4～0.6，優選0.5)中的至少一種或兩種以上的摻雜復合(例如至少兩種的摻雜復合，mBiFeO₃-(1-m)BaTiO₃復合粉體(0＜m＜1)、或nBaTiO₃-(1-n)Bi_0.5Na_0.5TiO₃復合粉體(0＜n＜1))；所述鐵電陶瓷粉體的粒徑為0.1～10μm，優選為0.1～5μm，更優選為0.2～2.5μm。上述具有濕敏特性的鐵電材料也可以進行元素摻雜。

較佳的，所述粘結劑選自聚乙烯醇、羧甲基纖維素、聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)中的至少一種；所述粘結劑的加入量為鐵電陶瓷粉體質量的10～30wt％。

較佳的，所述脫粘的溫度為600～650℃，時間為30～60分鐘；

所述燒結的溫度為750～1300℃(優選850～1300℃)，燒結的時間為1～4小時；

優選地，所述脫粘和燒結的升溫速率為3～10℃/min。

較佳的，所述極化處理為：將鐵電陶瓷塊體拋光并兩面披覆金屬電極后置于硅油中，設置極化溫度為25～80℃，極化電壓為10～50kV/cm，極化時間為5～60分鐘。