一种低温合成四方相钛酸钡纳米粉体的方法技术

本发明专利技术涉及钛酸钡纳米粉体制备技术领域，尤其涉及一种低温合成四方相钛酸钡纳米粉体的方法，该方法包括：(1)将Ti(OC

A method of synthesizing Tetragonal Barium titanate nano powder at low temperature

【技术实现步骤摘要】
一种低温合成四方相钛酸钡纳米粉体的方法
本专利技术涉及钛酸钡纳米粉体制备
，尤其涉及一种低温合成四方相钛酸钡纳米粉体的方法。
技术介绍
由于量子尺寸效应的存在，使得纳米材料的制备成为近年来材料学研究的热点。钛酸钡是一种重要的电子陶瓷材料，具有高介电常数、低介电损耗、良好的热释电性和铁电性。在目前电子器件小型化的大趋势下，为了保证器件的可靠性，需要进一步降低钛酸钡粉体的粒度。特别是对多层陶瓷片电容器(MLCC)来说，为了使器件在小型化的同时保证大的容量和容积效率，需要制备颗粒度更小、更均匀的钛酸钡粉体。此外，粒度小且分散性好的钛酸钡粉体具有良好的烧结性能，在较低的温度下就能得到性能佳的陶瓷材料。其中，四方相钛酸钡由于具有压电性、铁电性和热电性而成为应用最广的一种晶型。传统固相法以BaCO3、TiO2为原材料，在1000～1350℃烧结制得BaTiO3，烧结过程中由于经过高温热处理，不可避免地导致粉体粒径的长大，不能得到纳米级粉体。而且因为制备方法的问题，使得粉体表面活性差、团聚严重、造成偏析，形貌也难以控制，最终会大大影响电子元器件的电性能，不能满足电子陶瓷生产的需要。传统液相法制备钛酸钡粉体大多以可溶性钛盐和可溶性钡盐在水溶液中反应，形成钛酸钡前驱体，再经低温热处理得到钛酸钡粉体。这种方法虽然能得到纳米级钛酸钡，但多为立方相，甚至含有少量碳酸钡的杂相，需要进一步的高温热处理才能得到四方相。为了获得更理想的纳米钛酸钡粉体，低温湿化学法合成四方相钛酸钡纳米粉体越来越受到重视。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种低温合成四方相钛酸钡纳米粉体的方法，整个反应都是水热过程，不需要进一步的高温处理即可得到结晶性好、分散性好的四方相钛酸钡纳米粉体。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种低温合成四方相钛酸钡纳米粉体的方法，包括以下步骤：(1)将Ti(OC4H9)4溶于有机溶剂中，得到钛溶胶；(2)将所述钛溶胶与KOH溶液混合进行沉淀反应，静置分层后，将所得下层物料进行第一水热反应，得到K2Ti2O15；(3)将所述K2Ti2O15、钡盐溶液和碱性试剂混合，将所得混合液进行第二水热反应，固液分离后得到四方相钛酸钡纳米粉体；所述混合液中Ba离子和Ti离子的摩尔比为(1.4～1.8)：1。优选的，所述有机溶剂为乙二醇或乙二醇乙醚，所述Ti(OC4H9)4和有机溶剂的体积比为1：(2～5)。优选的，所述KOH溶液的浓度为1.0～2.5mol/L，所述KOH溶液中KOH与所述Ti(OC4H9)4的摩尔比为(2～10):1。优选的，所述第一水热反应的温度为200～240℃，时间为24～48h。优选的，所述第一水热反应后，还包括将第一水热反应产物体系于90～100℃干燥，直至水分蒸干。优选的，所述静置的时间为2～4h。优选的，所述钡盐溶液为氯化钡溶液、硝酸钡溶液或醋酸钡溶液；所述碱性试剂为NaOH或KOH，所述碱性试剂在混合液中的浓度为0.07～2.8mol/L。优选的，所述第二水热反应的温度为200～240℃，时间为24～48h。优选的，所述固液分离后，还包括对固液分离所得固体进行洗涤和干燥。优选的，所述第一水热反应和第二水热反应在具有聚四氟乙烯内衬的高压釜中进行，填充度独立地为50～80％。本专利技术提供了一种低温合成四方相钛酸钡纳米粉体的方法，包括以下步骤：(1)将Ti(OC4H9)4溶于有机溶剂中，得到钛溶胶；(2)将所述钛溶胶与KOH溶液混合进行沉淀反应，静置分层后，将所得下层物料进行第一水热反应，得到K2Ti2O15；(3)将所述K2Ti2O15、钡盐溶液和碱性试剂混合，将所得混合液进行第二水热反应，固液分离后得到四方相钛酸钡纳米粉体；所述混合液中Ba离子和Ti离子的摩尔比为(1.4～1.8)：1。本专利技术采用分步水热法，先合成钛酸钾(K2Ti2O15)，再通过二次水热，制备了纯度高、结晶性好、分散性好的四方相钛酸钡纳米粉体。整个反应过程都是水热过程，不需要进一步的高温处理，不需要昂贵的设备，没有高温处理过程，能耗低、工艺条件容易控制、成本低廉，易于工业化生产，在微电子器件、电光器件、高介材料等领域具有广阔的应用前景。附图说明图1为实施例1步骤(2)所得钛酸钾的XRD图谱；图2为实施例1～3、对比例1～2最终所得钛酸钡的XRD图谱；图3为对比例1制备的钛酸钡粉体的高倍率扫描电镜图；图4为对比例2制备的钛酸钡粉体的高倍率扫描电镜图；图5为实施例1制备的钛酸钡粉体的高倍率扫描电镜图；图6为实施例2制备的钛酸钡粉体的高倍率扫描电镜图；图7为实施例3制备的钛酸钡粉体的高倍率扫描电镜图。具体实施方式本专利技术提供了一种低温合成四方相钛酸钡纳米粉体的方法，包括以下步骤：(1)将Ti(OC4H9)4溶于有机溶剂中，得到钛溶胶；(2)将所述钛溶胶与KOH溶液混合进行沉淀反应，静置分层后，将所得下层物料进行第一水热反应，得到K2Ti2O15；(3)将所述K2Ti2O15、钡盐溶液和碱性试剂混合，将所得混合液进行第二水热反应，固液分离后得到四方相钛酸钡纳米粉体；所述混合液中Ba离子和Ti离子的摩尔比为(1.4～1.8)：1。在本专利技术中，未经特殊说明，所用原料均为本领域熟知的市售商品。本专利技术将Ti(OC4H9)4溶于有机溶剂中，得到钛溶胶。在本专利技术中，所述有机溶剂优选为乙二醇或乙二醇乙醚，更优选为乙二醇；所述Ti(OC4H9)4和有机溶剂的体积比优选为1：(2～5)。由于Ti(OC4H9)4在有机溶剂中溶解的速度较慢，本专利技术优选将Ti(OC4H9)4逐滴溶解于有机溶剂中，之后搅拌0.5～1h，得到稳定的钛溶胶。得到钛溶胶后，本专利技术将所述钛溶胶与KOH溶液混合进行沉淀反应，静置分层后，将所得下层物料进行第一水热反应，得到K2Ti2O15。在本专利技术中，所述KOH溶液的浓度优选为1.0～2.5mol/L；所述KOH溶液中KOH与所述Ti(OC4H9)4的摩尔比为(2～10):1，更优选为10:1。本专利技术将所述钛溶胶与KOH溶液混合进行沉淀反应优选是在搅拌条件下，将所述KOH溶液滴加到钛溶胶中，滴加过程中，体系会发生沉淀反应，生成凝胶状的无定形钛酸钾沉淀。本专利技术对所述搅拌的条件没有特殊要求，本领域熟知的搅拌均可。本专利技术对所述滴加的速率没有特殊要求，逐滴滴加即可。本专利技术采用滴加的方式可以防止KOH溶液一次性加入导致局部产生凝结。进行沉淀反应后，本专利技术进行静置分层。在本专利技术中，所述静置的时间优选为2～4h，更优选为3h。本专利技术所述静置过程中，凝胶状沉淀与水发生分层，上层为碱性的水层，下层为凝胶状的无定形钛酸钾沉淀。完成静置分层后，本专利技术将所得下层物料进行第一水热反应，得到钛酸钾(K2Ti2O15)。在本专利技术中，所述第一水热反应的温度优选为200～本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温合成四方相钛酸钡纳米粉体的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)将Ti(OC

【技术特征摘要】
1.一种低温合成四方相钛酸钡纳米粉体的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将Ti(OC4H9)4溶于有机溶剂中，得到钛溶胶；
(2)将所述钛溶胶与KOH溶液混合进行沉淀反应，静置分层后，将所得下层物料进行第一水热反应，得到K2Ti2O15；
(3)将所述K2Ti2O15、钡盐溶液和碱性试剂混合，将所得混合液进行第二水热反应，固液分离后得到四方相钛酸钡纳米粉体；所述混合液中Ba离子和Ti离子的摩尔比为(1.4～1.8)：1。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机溶剂为乙二醇或乙二醇乙醚，所述Ti(OC4H9)4和有机溶剂的体积比为1：(2～5)。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述KOH溶液的浓度为1.0～2.5mol/L，所述KOH溶液中KOH与所述Ti(OC4H9)4的摩尔比为(2～10):1。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一水热反应的温度为200...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪静，石锋，彭艳芬，陈慧玲，沈弘宁，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37