一种微波水热法制备纳米Ba(Fe0.5Nb0.5)O3粉体的方法技术

本发明专利技术涉及一种微波水热法制备纳米Ba(Fe0.5Nb0.5)O3粉体的方法，按照Ba(NO3)2、Fe(NO3)3·9H2O和NbCl5的摩尔比为2:1:1，将Fe(NO3)3·9H2O加入Ba(NO3)2水溶液中，再加入NbCl5的盐酸溶液混合均匀；然后调节混合溶液的pH至大于12，形成共沉淀前驱体，将该共沉淀前驱物转移至微波水热反应釜中，在200～220℃反应1～1.5h，得到物料，将得到的物料洗涤、烘干并过筛，获得纳米Ba(Fe0.5Nb0.5)O3粉体。本发明专利技术结合了微波加热和传统水热法的优点，快速高效且节省能源，减少了杂质元素掺杂的机会；反应时间短，反应温度低，而且粉体不需要后期高温煅烧的工序，制备的粉体纯度高，粒度分布均匀，分散性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于湿化学法制备纳米粉体领域，具体是一种微波水热法制备纳米Ba(Fe0.5Nb0.5)O3粉体的方法。
技术介绍
近年来，高介电常数材料在微电子领域扮演这越来越重要的角色。其中Ba(Fe0.5Nb0.5)O3(BFN)材料是典型的Fe基复合钙钛矿结构材料之一，因其很高的介电常数以及良好的温度稳定性和频率稳定性而受到广泛关注。众所周知，材料的宏观性能与它们的微观结构(如粒子尺寸、形貌、内部缺陷等)密切相关。细晶粒尺寸的陶瓷介电材料往往会表现出更优越的介电性能，这就要求选用的粉体晶粒尺寸尽可能小，因此制备纳米尺寸的Ba(Fe0.5Nb0.5)O3粉体就成为了关键。目前制备Ba(Fe0.5Nb0.5)O3粉体的方法主要有两种，一种是传统固相法，该方法简单易行，但存在制备的粉体颗粒尺寸很大、球磨周期长、煅烧温度高和可烧结性低等缺陷，限制了陶瓷性能的提高。另一种是共沉淀法，通过该法虽然制备出了纳米的Ba(Fe0.5Nb0.5)O3粉体，但合成的粉体需要较高的煅烧温度，且粉体团聚现象严重。
技术实现思路
本专利技术解决的问题在于提供一种微波水热法制备纳米Ba(Fe0.5Nb0.5)O3粉体的方法，该方法工艺简单，周期短且节省能源，制得粉体粒径小而均匀。为了实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案来实现：包括如下步骤，(1)按照摩尔比为2:1:1称量原料Ba(NO3)2、Fe(NO3)3·9H2O和NbCl5；r>(2)将Ba(NO3)2加入去离子水中，持续搅拌直至完全溶解完全，得到Ba(NO3)2水溶液；(3)在持续搅拌条件下，将Fe(NO3)3·9H2O加入步骤(2)所得的Ba(NO3)2水溶液中，混合均匀得到混合溶液A；(4)将NbCl5加入盐酸溶液中，持续搅拌直至NbCl5完全溶解，得到NbCl5的盐酸溶液；再将NbCl5的盐酸溶液滴加到混合溶液A中，混合均匀得到混合溶液B；(5)调节混合溶液B的pH值至大于12，形成Ba(Fe0.5Nb0.5)O3的共沉淀前驱体；(6)将步骤(5)获得的Ba(Fe0.5Nb0.5)O3的共沉淀前驱体转移至微波水热反应釜中，在200～220℃反应1～1.5h，得到物料，将得到的物料洗涤、烘干并过筛，获得纳米Ba(Fe0.5Nb0.5)O3粉体。进一步地，所述的步骤(2)中，Ba(NO3)2水溶液的浓度为0.06～0.09mol/L。进一步地，所述的步骤(3)中，将Fe(NO3)3·9H2O加入Ba(NO3)2水溶液中后，再向Ba(NO3)2水溶液中滴入5～10滴双氧水，双氧水的质量浓度为30％；步骤(3)中持续搅拌的时间为1～2h。进一步地，所述的步骤(4)中，盐酸的浓度为1～3mol/L；NbCl5的盐酸溶液的浓度为0.06～0.09mol/L。进一步地，所述的步骤(4)中，NbCl5在盐酸溶液中完全溶解搅拌的时间为10～15h。进一步地，所述的步骤(4)中，在持续搅拌的条件下，将NbCl5的盐酸溶液滴加到混合溶液A中，且搅拌的时间为1～2h。进一步地，NbCl5的盐酸溶液的滴加速率为1～2mL/min。进一步地，所述的步骤(5)中，通过滴加浓度为5～10mol/L的NaOH溶液调节混合溶液B的pH值，NaOH溶液的滴加速率为2～3mL/min。进一步地，所述的步骤(5)中，调节混合溶液B的pH值至大于12时，产生棕褐色的沉淀。进一步地，所述的步骤(6)中，微波水热反应釜的功率为120～200w；填充比为40～50％；物料的洗涤为水洗8～12遍；烘干温度为80～100℃；过筛为过300目筛。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术采用微波水热法制备纳米Ba(Fe0.5Nb0.5)O3粉体，该方法继承了传统水热法的优点，又结合了微波加热技术快速高效且节省能源的优点，结合两者的优势制备出理想的纳米材料。通过这种可控的湿化学法制备粉体，可精确控制化学计量比，减少了杂质元素掺杂的机会；相比于其他的制备方法，该方法反应时间大大缩短，反应温度大幅度降低，而且粉体不需要后期高温煅烧的工序，显著节省了能源，且操作简单，工艺重复性好。制备的Ba(Fe0.5Nb0.5)O3粉体纯度高，形貌良好，粒度分布均匀，团聚现象明显改善，分散性好，平均尺寸在30nm左右。本专利技术采用微波水热法制备Ba(Fe0.5Nb0.5)O3，不仅可以减小后期陶瓷的晶粒尺寸，而且可以使得陶瓷的介电性能得到极大地改善，如：介电损耗降低，温度稳定性和频率稳定性得到提高等，使得该材料可适应更广泛的环境条件，极大地提高了其应用价值。进一步，本专利技术通过滴加双氧水作为促进剂和稳定剂，使粉体颗粒更均匀。进一步，通过控制混合溶液的搅拌时间，从而能够提高前驱物的均匀性，从而保证产品的纯度。进一步，通过分别控制NbCl5盐酸溶液和NaOH溶液滴加速率，加强对本专利技术的粉体颗粒形貌的可控度。【附图说明】图1为本专利技术实施例制备的纳米Ba(Fe0.5Nb0.5)O3粉体X射线衍射图谱。图2为本专利技术实施例制备的纳米Ba(Fe0.5Nb0.5)O3粉体的扫描电子显微镜图像。【具体实施方式】下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。实施例1本专利技术一种微波水热法制备纳米Ba(Fe0.5Nb0.5)O3粉体的方法，包括如下步骤，(1)提前配制浓度为1mol/L的稀盐酸溶液和浓度为5mol/L的NaOH溶液，备用。按照Ba(Fe0.5Nb0.5)O3的化学计量比2:1:1准确称量Ba(NO3)2、Fe(NO3)3·9H2O、NbCl5。(2)快速称取NbCl5，将其溶于提前配制的稀盐酸中，用保鲜膜封口，并置于磁力搅拌器中搅拌10h使NbCl5完全溶解在盐酸溶液中，得到NbCl5的盐酸溶液，Nb5+离子的浓度为0.06mol/L。(3)将Ba(NO3)2加入于去离子水中，搅拌直至溶解完全，得到Ba(NO3)2水溶液，Ba(NO3)2水溶液的浓度为0.06mol/L；再在持续搅拌条件下向Ba(NO3)2水溶液中加入Fe(NO3)3·9H2O，并滴加5滴质量浓度为30％的双氧水，搅拌1h后混合均匀得到混合溶液A。(4)在搅拌状态下向混合溶液A中滴加NbCl5的盐酸溶液，NbCl5的盐酸溶液的滴加速率为1mL/min，充分搅拌1h后混合均匀得到混合溶液B。混合溶液B中Ba2+、Fe3+和Nb5+离子的摩尔比为2:1:1。(5)用浓度为5mol/L的NaOH溶液滴定混合溶液B，控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微波水热法制备纳米Ba(Fe0.5Nb0.5)O3粉体的方法，其特征在于，包括如下步骤，(1)按照摩尔比为2:1:1称量原料Ba(NO3)2、Fe(NO3)3·9H2O和NbCl5；(2)将Ba(NO3)2加入去离子水中，持续搅拌直至完全溶解完全，得到Ba(NO3)2水溶液；(3)在持续搅拌条件下，将Fe(NO3)3·9H2O加入步骤(2)所得的Ba(NO3)2水溶液中，混合均匀得到混合溶液A；(4)将NbCl5加入盐酸溶液中，持续搅拌直至NbCl5完全溶解，得到NbCl5的盐酸溶液；再将NbCl5的盐酸溶液滴加到混合溶液A中，混合均匀得到混合溶液B；(5)调节混合溶液B的pH值至大于12，形成Ba(Fe0.5Nb0.5)O3的共沉淀前驱体；(6)将步骤(5)获得的Ba(Fe0.5Nb0.5)O3的共沉淀前驱体转移至微波水热反应釜中，在200～220℃反应1～1.5h，得到物料，将得到的物料洗涤、烘干并过筛，获得纳米Ba(Fe0.5Nb0.5)O3粉体。

【技术特征摘要】
1.一种微波水热法制备纳米Ba(Fe0.5Nb0.5)O3粉体的方法，其特征在于，包括如下步骤，
(1)按照摩尔比为2:1:1称量原料Ba(NO3)2、Fe(NO3)3·9H2O和NbCl5；
(2)将Ba(NO3)2加入去离子水中，持续搅拌直至完全溶解完全，得到Ba(NO3)2水溶液；
(3)在持续搅拌条件下，将Fe(NO3)3·9H2O加入步骤(2)所得的Ba(NO3)2水溶液中，
混合均匀得到混合溶液A；
(4)将NbCl5加入盐酸溶液中，持续搅拌直至NbCl5完全溶解，得到NbCl5的盐酸溶液；
再将NbCl5的盐酸溶液滴加到混合溶液A中，混合均匀得到混合溶液B；
(5)调节混合溶液B的pH值至大于12，形成Ba(Fe0.5Nb0.5)O3的共沉淀前驱体；
(6)将步骤(5)获得的Ba(Fe0.5Nb0.5)O3的共沉淀前驱体转移至微波水热反应釜中，在
200～220℃反应1～1.5h，得到物料，将得到的物料洗涤、烘干并过筛，获得纳米Ba(Fe0.5Nb0.5)O3粉体。
2.根据权利要求1所述的一种微波水热法制备纳米Ba(Fe0.5Nb0.5)O3粉体的方法，其特征在
于，所述的步骤(2)中，Ba(NO3)2水溶液的浓度为0.06～0.09mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种微波水热法制备纳米Ba(Fe0.5Nb0.5)O3粉体的方法，其特征在
于，所述的步骤(3)中，将Fe(NO3)3·9H2O加入Ba(NO3)2水溶液中后，再向Ba(NO3)2水溶
液中滴入5～10滴双氧水，双氧水的质量浓度为30％；步骤(3)中持续搅拌的时间为1～2h。
4.根据权利要求1所述的一种微波水热法制备纳米Ba(...

【专利技术属性】
技术研发人员：王卓，王春，房明瑞，王添，肖雨佳，王永乐，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61