钛酸锶微纳结构花球的制备方法及其产品技术

本发明专利技术公开了多种钛酸锶微纳结构花球的制备方法，以钛源和可溶性锶盐为原料，以乙二醇为溶剂，经溶剂热反应直接制备得到钛酸锶微纳结构花球，或者是先制备中间产物，再经热处理后制备得到钛酸锶微纳结构花球；本制备工艺简单且易于控制，成本与能耗较低，易于规模化生产。通过上述方法制备得到的钛酸锶微纳结构花球可以是由纳米片组装而成钛酸锶微纳结构花球的二级结构，也可以是先由纳米颗粒组装成纳米片，再由纳米片组装成钛酸锶微纳结构花球的三级结构；且上述制备的钛酸锶微纳结构花球的尺寸也可实现可控。的尺寸也可实现可控。的尺寸也可实现可控。

【技术实现步骤摘要】
钛酸锶微纳结构花球的制备方法及其产品


[0001]本专利技术涉及钙钛矿材料的制备，尤其涉及三种钛酸锶微纳结构花球材料的制备方法及其产品。

技术介绍

[0002]ABO3型钙钛矿材料是目前功能材料的研究热点之一，已在光学、热学、电学和生物医学等领域表现出优异的性能。钛酸锶(SrTiO3)是一种典型的钙钛矿型材料，其晶胞为立方结构，具有优异的晶体结构稳定性、热稳定性、光催化性能、压电和铁电性能等等，介电常数高、损耗低，在光催化材料、电容器材料、压敏材料、氧敏材料、湿敏材料和热敏材料等等领域被广泛应用。
[0003]传统钛酸锶材料的常用制备方法是高温固相反应法，但该法反应所需温度高、能耗大，反应程度不完全，制得的钛酸锶纯度低，成分与尺寸不均匀，团聚结块现象严重，需要进一步破碎、研磨等后处理工序，最终产物杂质较多，难以满足高端精尖领域对钛酸锶的需求。
[0004]近年来，溶剂(水)热法制备功能材料越来越受到研究者们的关注。溶剂(水)热法是一种在密闭容器中以有机溶液(水)为溶剂、在高温高压下制备材料的方法。与高温固相反应法相比，溶剂(水)热法所需反应温度较低，时间较短，制得的产物分散性和均匀性较好，并且通过改变反应温度、时间、前驱体类型和浓度、矿化剂种类和浓度等等条件，可以制备出所需要的具有不同形态结构的钛酸锶，如立方体状、球状、片状、棒状、线状等等。
[0005]申请公布号为CN 105502480 A的中国专利文献中公开了一种绣球花状钛酸锶纳米粉体的制备方法，采用水热法在无修饰剂辅助的条件下制备了表面为沟壑的绣球花状钛酸锶纳米粉体，绣球花状粉体的直径为150～1100nm。
[0006]但该技术方案制备的绣球花状钛酸锶纳米粉体的结构相对较为简单，仅通过在钛酸锶纳米颗粒的表面构建出沟壑形貌以增加其纳米结构的复杂度，其纳米结构的层次比较单一，不够丰富。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术首次公开了多种钛酸锶微纳结构花球的制备方法，制备得到的产物具有多级结构，且形貌与尺寸可以进行调控。
[0008]具体技术方案如下：
[0009]一种钛酸锶微纳结构花球的制备方法，包括：
[0010](1)钛源经水解及后处理Ⅰ得到氢氧化钛前驱体；
[0011]所述水解在0～25℃下进行；
[0012](2)将所述氢氧化钛前驱体、可溶性锶盐、矿化剂与乙二醇在0～25℃下混合得到混合液，经溶剂热反应及后处理Ⅱ得到所述钛酸锶微纳结构花球；
[0013]原料中锶钛摩尔比为1：0.8～1.0；
[0014]所述溶剂热反应的温度为180～220℃，时间为12～48h。
[0015]步骤(1)中，所述钛源选自钛酸四丁酯和/或钛酸异丙酯；
[0016]所述水解的具体步骤包括：
[0017]0～25℃下，将钛源溶于无水乙醇中，再滴加去离子水得到白色沉淀，经后处理Ⅰ得到氢氧化钛前驱体(下同)。
[0018]所述后处理Ⅰ包括过滤和洗涤。
[0019]步骤(2)中，可溶性锶盐独立地选自硝酸锶和/或氯化锶；矿化剂独立地选自氢氧化钾和/或氢氧化钠；
[0020]所述原料中锶钛摩尔比，具体指可溶性锶盐中锶的摩尔数与氢氧化钛前驱体中的钛的摩尔数之比(下同)。
[0021]优选的：
[0022]矿化剂与可溶性锶盐的摩尔比为2.5～5.5：1；
[0023]混合液中，矿化剂的浓度为0.2～1.0M；
[0024]进一步优选：
[0025]矿化剂与可溶性锶盐的摩尔比为4.0～5.2：1；
[0026]混合液中，矿化剂的浓度为0.5～1.0M。
[0027]后处理Ⅱ包括洗涤和干燥。
[0028]优选的，步骤(1)中水解以及步骤(2)中混合液的配制均在0℃下进行，具体在冰水浴的条件下进行。经试验发现，相较于上述两步反应在室温下进行，冰水浴下制备到的钛酸锶微纳结构花球具有更加规整、分散更均匀，以及更接近花球状的微观形貌。
[0029]本专利技术还公开了根据上述方法制备得到的钛酸锶微纳结构花球，其由纳米片组装而成；
[0030]所述纳米片的尺寸为100～200nm，厚度为10～20nm；所述钛酸锶微纳结构花球的尺寸为1～2μm。
[0031]一种钛酸锶微纳结构花球的制备方法，包括：
[0032](a)钛源经水解及后处理Ⅰ得到氢氧化钛前驱体；
[0033]所述水解在0～25℃下进行；
[0034](b)将所述氢氧化钛前驱体、可溶性锶盐、矿化剂与乙二醇在0～25℃下混合得到混合液，经溶剂热反应及后处理Ⅱ得到中间产物；
[0035]原料中锶钛摩尔比为1：0.5～0.6；
[0036]所述溶剂热反应的温度为180～220℃，时间为12～48h；
[0037](c)将所述中间产物在550～750℃下进行热处理，得到所述钛酸锶微纳结构花球。
[0038]步骤(a)中，所述钛源选自钛酸四丁酯和/或钛酸异丙酯；
[0039]所述后处理Ⅰ包括过滤和洗涤。
[0040]步骤(b)中，可溶性锶盐独立地选自硝酸锶和/或氯化锶；矿化剂独立地选自氢氧化钾和/或氢氧化钠；
[0041]优选的：
[0042]矿化剂与可溶性锶盐的摩尔比为2.5～5.5：1；
[0043]混合液中，矿化剂的浓度为0.2～1.0M；
[0044]进一步优选：
[0045]矿化剂与可溶性锶盐的摩尔比为4.0～5.2：1；
[0046]混合液中，矿化剂的浓度为0.5～1.0M。
[0047]后处理Ⅱ包括洗涤和干燥。
[0048]优选的，步骤(1)中水解以及步骤(2)中混合液的配制均在0℃下进行，具体在冰水浴的条件下进行。经试验发现，相较于上述两步反应在室温下进行，冰水浴下制备到的钛酸锶微纳结构花球具有更加规整、分散更均匀，以及更接近花球状的微观形貌。
[0049]步骤(c)中，所述热处理的温度控制较为关键，热处理温度过低，将无法制备得到物相为钛酸锶的产物；热处理温度过高，产物的形貌将不再是花球状。
[0050]本专利技术还公开了根据上述方法制备得到的钛酸锶微纳结构花球，其由纳米片组装而成，而纳米片由纳米颗粒组装而成；
[0051]所述纳米颗粒的尺寸为25～40nm；所述纳米片的尺寸为200～300nm，厚度为25～35nm；所述钛酸锶微纳结构花球的尺寸为1～2μm。
[0052]经试验发现，通过控制本专利技术中的锶钛摩尔比可以调控最终制备产物的微观形貌的多级结构。若将锶钛摩尔比控制在1：0.8～1.0时，经溶剂热反应后直接制备得到钛酸锶微纳结构花球，其微观形貌具有二级结构，由纳米片组装成钛酸锶微纳结构花球；若将锶钛摩尔比控制在1：0.5～0.6，经溶剂热反应后无法直接制备得到钛酸锶，还需进行热处理，经热处理之后制备得到的钛酸锶微纳结构花球具有三级结构，由纳米颗粒组装成纳米片，再本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛酸锶微纳结构花球的制备方法，其特征在于，包括：(1)钛源经水解及后处理Ⅰ得到氢氧化钛前驱体；所述水解在0～25℃下进行；(2)将所述氢氧化钛前驱体、可溶性锶盐、矿化剂与乙二醇在0～25℃下混合得到混合液，经溶剂热反应及后处理Ⅱ得到所述钛酸锶微纳结构花球；原料中锶钛摩尔比为1：0.8～1.0；所述溶剂热反应的温度为180～220℃，时间为12～48h。2.一种钛酸锶微纳结构花球的制备方法，其特征在于，包括：(a)钛源经水解及后处理Ⅰ得到氢氧化钛前驱体；所述水解在0～25℃下进行；(b)将所述氢氧化钛前驱体、可溶性锶盐、矿化剂与乙二醇在0～25℃下混合得到混合液，经溶剂热反应及后处理Ⅱ得到中间产物；原料中锶钛摩尔比为1：0.5～0.6；所述溶剂热反应的温度为180～220℃，时间为12～48h；(c)将所述中间产物在550～750℃下进行热处理，得到所述钛酸锶微纳结构花球。3.一种钛酸锶微纳结构花球的制备方法，其特征在于，包括：(A)钛源经水解及后处理Ⅲ得到氢氧化钛前驱体；所述水解在0～25℃下进行；(B)将所述氢氧化钛前驱体、可溶性锶盐、可溶性钡盐、矿化剂与乙二醇在0～25℃下混合得到混合液，经溶剂热反应及后处理Ⅱ得到中间产物；原料中锶钛摩尔比为1：0.5～0.6；所述溶剂热反应的温度为180～220℃，时间为12～48h；(C)将步骤(B)制备的所述中间产物在550～750℃下进行热处理，得到所述钛酸锶微纳结构花球。4.根据权利要求1～3任一项所述的钛酸锶微纳结构花球的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)、步骤(a)与步骤(A)中的钛源独立地选自钛酸四丁酯和/或钛酸异丙酯；所述步骤(1)、步骤(a)中的后处理Ⅰ包括过滤和洗涤；所述步骤(A)中的后处理Ⅲ包括过滤...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐刚，卢泽华，陈瑶，张开程，任召辉，刘涌，韩高荣，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：