一种稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料，材料的化学通式为(Bi1‑xMx)0.5Na0.5TiO3，其中0.005≤x≤0.03，其中M为Dy、Eu、Sm和Tm中的任意一种稀土元素；本发明专利技术还提供了上述材料的制备方法，包括以下步骤：按照(Bi1‑xMx)0.5Na0.5TiO3中的化学计量比称取硝酸钠、硝酸铋、钛酸正四丁酯以及M的硝酸盐，并称取柠檬酸；将上述物质配制溶液，向柠檬酸溶液加入钛酸正四丁酯溶液，再加入硝酸钠溶液、硝酸铋溶液和M的硝酸盐溶液，搅拌得到白色透明溶胶；将白色透明溶胶烘干后升温热处理进行自蔓燃反应，得到脆性焦状物并研磨，最后将研磨后的粉末热处理得到稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料。本发明专利技术的制备方法工艺简单，条件温和，得到的材料环保无污染，制得的陶瓷致密性良好。

A Rare Earth Doped Bismuth Sodium Titanate Perovskite Material and Its Preparation Method

The present invention provides a rare earth doped bismuth sodium titanate perovskite material. The general formula of the material is (Bi1 xMx) 0.5Na0.5TiO3, in which 0.005 < x < 0.03, M is any rare earth element in Dy, Eu, Sm and Tm. The invention also provides the preparation method of the material, including the following steps: taking sodium nitrate and nitric acid according to the stoichiometric ratio of (Bi1 xMx) 0.5Na0.5TiO3. Bismuth, n-tetrabutyl titanate and nitrate of M are also called citric acid; the above-mentioned substances are mixed with citric acid solution, n-tetrabutyl titanate solution is added to citric acid solution, then sodium nitrate solution, bismuth nitrate solution and nitrate solution of M are added to stir to obtain white transparent sol; white transparent sol is dried, heated and heat-treated for self-ignition reaction, brittle coke is obtained and grinded. Finally, rare earth doped bismuth sodium titanate perovskite material was obtained by heat treatment of grinded powder. The preparation method of the invention has the advantages of simple process, mild conditions, environmental protection and pollution-free materials, and good compactness of the prepared ceramics.

【技术实现步骤摘要】
一种稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料及其制备方法
本专利技术涉及无机材料
，具体为一种稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料及其制备方法。
技术介绍
随着科学技术的进步及发展，将材料的电学、光学以及磁学性能复合起来，开发出新型的多功能微型化器件已成为目前材料和器件发展的趋势。因此，开展以多功能铁电钙钛矿氧化物材料为基质，集机电、机光和光电于一体，实现多维度可控的新型铁电压电研究，具有重要的基础意义及应用价值。其中，钛酸铋钠是一种具有钙钛矿结构的无铅铁电体，具有居里温度高、铁电性好等优点，被认为是一种非常具有发展其那里的无铅压电铁电陶瓷体系。但是由于钛酸铋钠中铋、钠等元素易挥发，要获得化学组成稳定并且致密的钛酸铋钠陶瓷非常困难。此外，在室温下，钛酸铋钠具有高的矫顽场和电导率，实现陶瓷的完全极化也较为困难。为了克服钛酸铋钠的缺点，需要对钛酸铋钠进行各类掺杂、改性。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述技术的不足，提供一种稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料及其制备方法，对钛酸铋钠进行稀土元素的掺杂，通过将溶胶-凝胶自蔓燃法制得，条件温和，工艺简单，时间少，成本低廉，得到的稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料制得的陶瓷性密度提高，致密性良好。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料，材料的化学通式为(Bi1-xMx)0.5Na0.5TiO3，其中0.005≤x≤0.03，其中M为稀土元素。优选的，M为Dy、Eu、Sm和Tm中的任意一种。本专利技术还保护上述稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料的制备方法，包括以下步骤：S1、按照(Bi1-xMx)0.5Na0.5TiO3中的化学计量比称取硝酸钠、硝酸铋、钛酸正四丁酯以及M的硝酸盐，然后称取柠檬酸；S2、将钛酸正四丁酯溶于乙二醇乙醚和乙酰丙酮的混合溶剂中搅拌得到钛酸正四丁酯溶液，将硝酸钠、硝酸铋和M的硝酸盐分别溶解得到硝酸钠溶液、硝酸铋溶液和M的硝酸盐溶液，将柠檬酸溶解并调节pH为7～9；S3、向S2配制的柠檬酸溶液中加入钛酸正四丁酯的乙醇溶液，然后再加入硝酸钠溶液、硝酸铋溶液和M的硝酸盐溶液得到混合溶液，接着将混合溶液于60～80℃搅拌1～2h，得到白色透明溶胶；S4、将S3得到的白色透明溶胶于140～160℃下烘干12～15h，得到干凝胶，然后将干凝胶升温到180～200℃热处理1～2h进行自蔓燃，得到脆性焦状物并研磨，最后将研磨后的粉末于500～650℃热处理1～2h得到稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料。优选的，还包括以下步骤：将S4得到的稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料与质量分数为8～10％的PVA溶液混合后造粒，然后压片，并于600～650℃烧结5～8h进行排胶，最后经过800～1000℃烧结2～2.5h，得到稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿陶瓷块材。优选的，S1中柠檬酸与硝酸根离子的摩尔比为1～1.25:1。优选的，S2混合溶剂中乙二醇乙醚和乙酰丙酮的体积比为4～8:1，钛酸正四丁酯溶液的物质的量浓度为0.2～0.8M，钛酸正四丁酯溶液的搅拌时间为40～60min。优选的，硝酸钠溶液、硝酸铋溶液和M的硝酸盐溶液的物质的量浓度为0.1～0.2M，S2中柠檬酸溶解后使用氨水调节pH。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术提供的稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料环保无污染，不含有铅，且使用该钙钛矿材料制得的陶瓷材料密度提高，致密性良好；2、本专利技术通过溶胶-凝胶自蔓燃法制备稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料，制备过程简单，条件温和，能够在180～200℃低温下得到，成本低廉。具体实施方式下面通过具体实施方式例对本专利技术进行详细描述。本专利技术的范围并不受限于该具体实施方式。本专利技术保护一种稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料，其特征在于，所述材料的化学通式为(Bi1-xMx)0.5Na0.5TiO3，其中0.005≤x≤0.03，其中M为Dy3+、Eu3+、Sm3+和Tm3+中的任意一种。实施例1一种稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料，材料的通式为：(Bi1-xDyx)0.5Na0.5TiO3，其中，x＝0.005，0.01，0.015，0.02，0.025，0.03。上述材料的制备过程为：S1、按照(Bi1-xDyx)0.5Na0.5TiO3中的化学计量比称取硝酸钠、硝酸铋、钛酸正四丁酯以及硝酸镝，然后按照与硝酸根摩尔比为1.15:1的比例称取柠檬酸；S2、将乙二醇乙醚和乙酰丙酮按照4:1的体积比混合制得混合溶剂，将钛酸正四丁酯溶于混合溶剂中搅拌40min得到物质的量浓度为0.2M的钛酸正四丁酯溶液，将硝酸钠、硝酸铋和硝酸镝分别溶解得到0.1M的硝酸钠溶液、0.1M的硝酸铋溶液和0.1M的硝酸镝，将柠檬酸溶解后使用氨水并调节pH为8；S3、向S2配制的柠檬酸溶液中加入钛酸正四丁酯溶液，然后再加入配制好的硝酸钠溶液、硝酸铋溶液和硝酸镝溶液得到混合溶液，接着将混合溶液于70℃搅拌1.5h，得到白色透明溶胶；S4、将S3得到的白色透明溶胶于150℃下烘干14h，得到干凝胶，然后将干凝胶升温到180℃热处理2h进行自蔓燃，得到脆性焦状物并研磨，最后将研磨后的粉末于650℃热处理1h得到稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料(Bi1-xDyx)0.5Na0.5TiO3。将实施例1得到的(Bi1-xDyx)0.5Na0.5TiO3材料加入质量分数为8％的PVA溶液后进行造粒，然后将造粒后的材料通过粉末压片机于18MPa压力下，压成直径为10mm，厚度为1mm的圆形薄片，再于650℃烧结5h进行排胶，之后于900℃烧结2h，得到(Bi1-xDyx)0.5Na0.5TiO3陶瓷。实施例2一种稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料，材料的通式为：(Bi1-xEux)0.5Na0.5TiO3，其中，x＝0.005，0.01，0.015，0.02，0.025，0.03。上述材料的制备过程为：S1、按照(Bi1-xEux)0.5Na0.5TiO3中的化学计量比称取硝酸钠、硝酸铋、钛酸正四丁酯以及硝酸铕，然后按照与硝酸根摩尔比为1:1的比例称取柠檬酸；S2、将乙二醇乙醚和乙酰丙酮按照6:1的体积比混合制得混合溶剂，将钛酸正四丁酯溶于混合溶剂中搅拌45min得到物质的量浓度为0.4M的钛酸正四丁酯溶液，将硝酸钠、硝酸铋和硝酸铕分别溶解得到0.1M的硝酸钠溶液、0.1M的硝酸铋溶液和0.1M的硝酸铕，将柠檬酸溶解并使用氨水调节pH为7；S3、向S2配制的柠檬酸溶液中加入钛酸正四丁酯溶液，然后再加入配制好的硝酸钠溶液、硝酸铋溶液和硝酸铕溶液得到混合溶液，接着将混合溶液于60℃搅拌2h，得到白色透明溶胶；S4、将S3得到的白色透明溶胶于140℃下烘干15h，得到干凝胶，然后将干凝胶升温到200℃热处理1h进行自蔓燃，得到脆性焦状物并研磨，最后将研磨后的粉末于600℃热处理1.5h得到稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料(Bi1-xEux)0.5Na0.5TiO3。将实施例2得到的(Bi1-xEux)0.5Na0.5TiO3材料加入质量分数为9％的PVA溶液后进行造粒，然后将造粒后的材料通过粉末压片机于18MPa压力下，压成直径为10mm，厚度为1mm的圆形薄片，再于600℃烧结8h进行排胶，之后于1000℃烧结2h，得到(Bi1-xEux)0.5Na0.5TiO3陶瓷。实施例3一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料，其特征在于，所述材料的化学通式为(Bi1‑xMx)0.5Na0.5TiO3，其中0.005≤x≤0.03，所述M为稀土元素。

【技术特征摘要】
1.一种稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料，其特征在于，所述材料的化学通式为(Bi1-xMx)0.5Na0.5TiO3，其中0.005≤x≤0.03，所述M为稀土元素。2.根据权利要求1所述的一种稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料，其特征在于，所述M为Dy、Eu、Sm和Tm中的任意一种。3.根据权利要求1所述的一种稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、按照(Bi1-xMx)0.5Na0.5TiO3中的化学计量比称取硝酸钠、硝酸铋、钛酸正四丁酯以及M的硝酸盐，然后称取柠檬酸；S2、将钛酸正四丁酯溶于乙二醇乙醚和乙酰丙酮的混合溶剂中搅拌得到钛酸正四丁酯溶液，将硝酸钠、硝酸铋和M的硝酸盐分别溶解得到硝酸钠溶液、硝酸铋溶液和M的硝酸盐溶液，将柠檬酸溶解并调节pH为7～9；S3、向S2配制的柠檬酸溶液中加入钛酸正四丁酯溶液，然后再加入硝酸钠溶液、硝酸铋溶液和M的硝酸盐溶液得到混合溶液，接着将混合溶液于60～80℃搅拌1～2h，得到白色透明溶胶；S4、将S3得到的白色透明溶胶于140～160℃下烘干12～15h，得到干凝胶，然后将干凝胶升温到180～200℃热处理1～2h进行自...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔少博，秦佳琼，王运锋，唐晓燕，宋金璠，郭爽，张可琨，
申请(专利权)人：南阳理工学院，
类型：发明
国别省市：河南,41