一种取向性钛酸钡锶纳米多晶的可控制备方法技术

本发明专利技术涉及一种取向性钛酸钡锶纳米多晶可控制备的方法。该方法以钛酸钾为模板，碱土金属氢氧化物为原料，采用一步或两步水热方法可控制备得到不同配比的Ba

Controllable preparation of oriented Barium Strontium Titanate Nanocrystals

The invention relates to a method for controllable preparation of oriented Barium Strontium Titanate Nanocrystals. This method uses potassium titanate as template and alkaline earth hydroxide as raw material. Different proportion of Ba can be obtained by one or two-step hydrothermal method

【技术实现步骤摘要】
一种取向性钛酸钡锶纳米多晶的可控制备方法
本专利技术属于纳米陶瓷材料的制备
，具体而言，涉及一种取向性钛酸钡锶纳米多晶的制备技术。
技术介绍
钛酸钡(BT)具有优异的压电、介电和铁电性能，在微电子以及光电子领域具有广泛的运用，例如多层陶瓷电容器(MLCC)，铁电随机存取储存器(FRAM)和铁电场效应晶体管(FDRAM)等。钛酸钡锶是在BT基础上引入相同主族的碱土金属阳离子制备而得，其晶胞在BT基础上产生了更大的应变，以至于在压电、介电等性能上获得了较大改善，可以用来制备具有较高性能输出的陶瓷、微电子器件，因此钛酸钡锶是一种重要的功能材料。钛酸钡锶化学式为BaxSr1-xTiO3(缩写为BST)，是通过在TiO6八面体形成的空位或Ba2+位由一定量的Sr2+占据获得的。目前合成钛酸钡锶的方法有很多，包括高温固相烧结法，溶胶-凝胶法和水热合成法。高温固相烧结法是将按照比例混合的固体反应原料，采用研磨方法混匀后在高温下烧结制备的方法。高温固相烧结法生产钛酸钡锶的主要原料是碳酸钡、碳酸锶和二氧化钛。由于该方法成本低，产量高，因此仍是合成钛酸钡粉体的重要方法。然而，该方法所得到的钛酸钡锶产物纯度不够高，粉体颗粒尺寸大，不能对产物形貌和掺杂Sr元素量进行精确控制。溶胶-凝胶法是以液相反应为基础，将金属醇盐或者无机醇水解，使之溶胶凝胶化后，干燥并烧结得到粉体的一种方法。与传统的固相烧结法相比，这种方法得到的钛酸钡锶纯度高，粉体尺寸小。但是仍然无法精准控制钛酸钡锶的组分比例，获得的钛酸钡锶晶体也不具有取向性，无法满足实验科研领域对取向性多晶材料开发的具体需求。水热合成法制备钛酸钡锶是通过在等静压条件下合成钛酸钡锶，这种方法一般需要在特定的反应釜中进行，通过调节反应温度、压力以及原料组成，对得到的钛酸钡锶进行形貌调控。然而，水热合成法得到的钛酸钡锶晶体粒径一般大于500nm，且无法控制钛酸钡锶之间的相互排列，这极大限制了该方法的应用。
技术实现思路
鉴于现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供了一种可控制备取向性钛酸钡锶纳米多晶的方法。采用本专利技术制备的钛酸钡锶纳米材料，具有无毒、价格低廉、性能稳定、吸附力强等特点。具体地，为了实现本专利技术的上述技术目的，专利技术人通过大量试验研究并不懈探索，最终获得了如下技术方案：一种取向性钛酸钡锶纳米多晶的可控制备方法，该方法包括如下步骤：(1)以KOH、LiOH和TiO2为原料，在水-乙醇体系进行溶剂热反应，反应温度为100-200℃，反应时间为6-72h，所述的水-乙醇体系由水与乙醇按体积比为1:(4-6)混合而成，反应结束后抽滤，洗涤，干燥，得到粉末状钛酸钾；(2)将步骤(1)得到的K0.8Li0.27Ti1.73O4，与酸液进行离子交换反应，用H+交换K+，抽滤，洗涤，干燥，得到粉末状H2Ti2nO2n+1；(3)将步骤(2)得到的H2Ti2nO2n+1进行一步水热反应或两步水热反应，反应结束后抽滤，洗涤，干燥，得到粉末状取向性钛酸钡锶纳米多晶；所述的一步水热反应的方法为：将步骤(2)得到的H2Ti2nO2n+1与氢氧化钡、氢氧化锶水溶液混合，其中H2Ti2nO2n+1、氢氧化钡、氢氧化锶按照Ti：Ba：Sr摩尔比为1：(0.2～0.6)：(0.4～0.8)，进行一步水热反应，反应温度为120-250℃，反应时间为8-18h；所述的两步水热反应的方法为：将步骤(2)得到的H2Ti2nO2n+1与氢氧化钡按照Ti：Ba摩尔比为1：(0.2～0.6)混合后进行第一步水热反应，反应温度为120-200℃，反应时间为11-13h，反应结束后抽滤，洗涤，干燥后得到粉末状BT/H2Ti2nO2n+1；将BT/H2Ti2nO2n+1与氢氧化锶按照Ti：Sr＝1:(2～6)的摩尔比混合后进行第二步水热反应，反应温度为140-220℃，反应时间为10-15h。进一步优选地，如上所述的取向性钛酸钡锶纳米多晶的可控制备方法，其中步骤(1)-(4)中所述的干燥步骤的方法为：于鼓风干燥箱中20-80℃干燥，干燥时间为6～48h。再进一步优选地，步骤(2)中干燥的温度为20-60℃，干燥时间为12～48h；步骤(3)一步水热反应后产物干燥的温度为30-50℃，干燥时间为12～24h；步骤(3)两步水热反应后产物干燥的温度为50-80℃，干燥时间为6～12h。进一步优选地，如上所述的取向性钛酸钡锶纳米多晶的可控制备方法，其中步骤(1)中反应温度为130-160℃，反应时间优选为18-30h。进一步优选地，如上所述的取向性钛酸钡锶纳米多晶的可控制备方法，其中步骤(2)中所述的酸液为硝酸溶液，所述的硝酸溶液的浓度为0.2～0.5mol/L。进一步优选地，如上所述的取向性钛酸钡锶纳米多晶的可控制备方法，其中所述的一步水热反应中，反应温度为150-200℃，反应时间为10-15h。进一步优选地，如上所述的取向性钛酸钡锶纳米多晶的可控制备方法，其中所述的两步水热反应中，第一步水热反应温度为130-160℃，反应时间为11-13h。进一步优选地，如上所述的取向性钛酸钡锶纳米多晶的可控制备方法，其中所述的两步水热反应中，第二步水热反应温度为150-200℃，反应时间为10-13h。进一步优选地，如上所述的取向性钛酸钡锶纳米多晶的可控制备方法，其中步骤(1)、(2)中采用去离子水洗涤反应产物。进一步优选地，如上所述的取向性钛酸钡锶纳米多晶的可控制备方法，其中所述的一步水热反应结束后，采用0.3-0.6mol/L醋酸和去离子水交替洗涤反应产物，交替洗涤2-3次。进一步优选地，如上所述的取向性钛酸钡锶纳米多晶的可控制备方法，其中所述的两步水热反应结束后，采用0.1-0.2mol/L醋酸和去离子水交替洗涤反应产物，交替洗涤2-3次。与现有技术相比，本专利技术以溶剂热法制备的钛酸钾为反应模板，首先与硝酸进行离子交换反应得到H2Ti2nO2n+1；H2Ti2nO2n+1与氢氧化钡水溶液、氢氧化锶水溶液混合进行一步水热反应，或H2Ti2nO2n+1与分别与氢氧化钡水溶液、氢氧化锶水溶液进行两步水热反应，得到取向性钛酸钡锶纳米多晶。用本专利技术制备的钛酸钡锶纳米多晶具有相同的晶轴取向，其分子组成为BaxSr1-xTiO3，可以实现x＝0.34～0.63可控制备，且具有无毒、价格低廉等特点。在日常应用中不仅不会产生污染，并且因其具有较强的吸附能力而吸附污染源，可应用于层电容器、热敏电阻、光电设备、机电设备、传感器、动态随机存储器和领域效应晶体管等方面。其具有如下优点和显著的进步性：(1)通过溶剂热法制备的钛酸钾长、宽、厚度方向均为纳米级，利用钛酸钾进行酸交换后获得的H2Ti2nO2n+1同样保持了三个维度的纳米尺度。(2)通过该方法制备的钛酸钡锶是由粒径不大于210nm的纳米晶体组成的，可应用于层电容器、热敏电阻、光电设备、机电设备、传感器、动态随机存储器和领域效应晶体管及其它微型器件等领域。(3)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种取向性钛酸钡锶纳米多晶的可控制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：/n(1)以KOH、LiOH和TiO

【技术特征摘要】
1.一种取向性钛酸钡锶纳米多晶的可控制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)以KOH、LiOH和TiO2为原料，在水-乙醇体系进行溶剂热反应，反应温度为100-200℃，反应时间为6-72h，所述的水-乙醇体系由水与乙醇按体积比为1:(4-6)混合而成，反应结束后抽滤，洗涤，干燥，得到粉末状钛酸钾；
(2)将步骤(1)得到的钛酸钾，与酸液进行离子交换反应，用H+交换K+，抽滤，洗涤，干燥，得到粉末状H2Ti2nO2n+1；
(3)将步骤(2)得到的H2Ti2nO2n+1进行一步水热反应或两步水热反应，反应结束后抽滤，洗涤，干燥，得到粉末状取向性钛酸钡锶纳米多晶；
所述的一步水热反应的方法为：将步骤(2)得到的H2Ti2nO2n+1与氢氧化钡、氢氧化锶水溶液混合，其中H2Ti2nO2n+1、氢氧化钡、氢氧化锶按照Ti：Ba：Sr摩尔比为1：(0.2～0.6)：(0.4～0.8)，进行一步水热反应，反应温度为120-250℃，反应时间为8-18h；
所述的两步水热反应的方法为：将步骤(2)得到的H2Ti2nO2n+1与氢氧化钡按照Ti：Ba摩尔比为1：(0.2～0.6)混合后进行第一步水热反应，反应温度为120-200℃，反应时间为11-13h，反应结束后抽滤，洗涤，干燥后得到粉末状BT/H2Ti2nO2n+1；将BT/H2Ti2nO2n+1与氢氧化锶按照Ti：Sr＝1:(2～6)的摩尔比混合后进行第二步水热反应，反应温度为140-220℃，反应时间为10-15h。


2.根据权利要求1所述的取向性钛酸钡锶纳米多晶的可控制备方法，其特征在于，步骤(1)-(4)中所述的干燥步骤的方法为：于鼓风干燥...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡登卫，苗磊，张珍，姚明刚，李立杰，杨旦旦，王妍，王艳，翟乐，顾红溪，张改妮，马蓉，
申请(专利权)人：宝鸡文理学院，宝鸡材能新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61