钛酸铋钠纳米花及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钛酸铋钠纳米花及其制备方法。纳米花由交叉站立着的纳米片组成，纳米片的长度为２５０～３５０ｎｍ、高度为５０～１５０ｎｍ、厚度为５～１５ｎｍ，其是由三角结构的单晶钙钛矿钛酸铋钠构成；方法为先向浓度为０．８～１．２Ｍ的柠檬酸水溶液中加入氨水调节ｐＨ为４．５～６后，再向其中加入钛酸四丁酯，并将其于５０～７０℃下搅拌５ｈ以上，获得清液，之后，先将五水合硝酸铋水溶液与清液相混合，并将其于８０～１００℃下搅拌３０ｍｉｎ以上，获得混液，再将氢氧化钠加入混液中，并继续搅拌１５ｍｉｎ以上，获得合成液，然后，先将合成液置于温度为８０～１８０℃下保温０～１０ｈ后，再将其洗涤至呈中性，获得产物，最后对产物干燥处理，制得钛酸铋钠纳米花。它可广泛地用于机械、电子、精密控制等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种纳米花及制备方法，尤其是一种钛酸铋钠纳米花及其制 备方法。
技术介绍
钛酸铋钠作为铁电压电材料的无铅替代品是一种非常重要的AB03型钩钛 矿结构的功能材料，目前在机械、电子、精密控制等领域有着广泛的应用。 利用其介电性能，可制作陶瓷电容器；用作压电材料时，可制备成各种传感 器、高温压电装置、压电换能器和驱动装置等。钛酸铋钠的纳米结构因其具 有大的比表面而引起了科研工作者的广泛关注，人们为了探索和拓展其应用 范围，作了一些尝试和努力，如在2004年11月出版的《电子元件及材料》第 23卷第11期杂志中"水热法制备纳米触。.58"51103粉体" 一文曾公开了一种用 水热法来制备纳米^。.581。.51103粉体的方法。该方法采用分析纯五水合硝酸镇 为铋源，钛酸四丁酯为钛源，按两者间的摩尔比为l: 2的比例将其溶于乙醇 中后再加入氨水，得到铋、钛的前驱物，之后，先向铋、钛的前驱物中加入 氢氧化钠，再经加热、洗涤和干燥的步骤，而制得产物一钛酸铋钠粉体。但 是，无论是产物，还是制备方法，均存在着不足之处，首先，产物的形貌为 球形或立方形，而不是纳米花结构，尤为不是由纳米片组成的纳米花结构。 这种球形或立方形的纳米级的钛酸铋钠，因其较低的介电常数和较高的介电 损耗使其的铁电压电性能与传统的锆钛酸铅(PbTiO广PbZr03，简写为PZT)还 有一定的差距；其次，制备方法既制作不出由纳米片组成的纳米花结构的钛 酸铋钠，又未公开具体的制作工艺参数，更是使用了有机物乙醇作为溶剂， 增加了制作的成本。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种由纳 米片组成的纳米花状结构的钛酸铋钠纳米花。本专利技术要解决的另一个技术问题为提供一种钛酸铋钠纳米花的制备方法。为解决本专利技术的技术问题，所釆用的技术方案为钬酸铋钠纳米花包括 钛酸铋钠，特别是所述钛酸铋钠为球形花状，所述球形花由交叉站立着的纳 米片组成，所述纳米片的长度为250 ~ 350nm、髙度为50~150nm、厚度为5 ~ 15mn，其是由三角结构的单晶钙钛矿钛酸铋钠构成。作为钛酸铋钠纳米花的进一步改进，所述的交叉站立着的纳米片垂直于 球形花的球心；所述的纳米片为曲面状。为解决本专利技术的另一个技术问题，所釆用的另一个技术方案为钛酸铋 钠纳米花的制备方法包括水热法，特别是它是按以下步骤完成的第一步， 先向浓度为0.8 1.2M的柠檬酸水溶液中加入氨水调节pH为4.5~6.0后， 再向其中加入钛酸四丁酯，并将其于50~70〔下搅拌5h以上，获得澄清溶 液，其中，钛酸四丁酯与柠檬酸间的摩尔比为1: 2.5~3.5;第二步，先将 五水合硝酸铋水溶液与澄清溶液相混合，并将其于80~100卩下搅拌30min 以上，获得均匀、透明、粘稠状的混合溶液，其中，五水合硝酸铋与澄清溶 液中的柠檬酸间的摩尔比为1: 2.5~3.5，再将氢氧化钠加入混合溶液中， 并继续搅拌15min以上，获得合成溶液，其中，氢氧化钠与混合溶液中的柠 檬酸间的摩尔比为20~30: 1;第三步，先将合成溶液置于温度为80~180°C 下保温0 10h，获得带有沉淀物的反应溶液，再将反应溶液洗涤至呈中性， 获得产物，之后，对产物干燥处理，制得钛酸铋钠纳米花。作为钛酸铋钠纳米花的制备方法的进一步改进，所述的梓檬酸水溶液为 将柠檬酸加入到温度^601C的水中配制而成；所述的五水合硝酸锯水溶液为 将五水合硝酸铋加入到温度^90匸的水中搅拌15min以上配制而成；所述的 洗涤为用水或无水乙醇冲洗；所述的冲洗的次数为5~8次；所述的水为去离 子水或蒸馏水；所述的干燥处理为于温度40 ~ 6(TC下保温4 ~ 6h。相对于现有技术的有益效果是，其一，对制得的最终产物分别使用场发 射扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪进行表征，可知最终产物为单分散分 布的球形花，该球形花是由交叉站立着的纳米片组成的。纳米片的长度为 250 ~ 350nm、高度为50~150咖、厚度为5~15咖。此纳米片是由三角结构的 单晶钙钛矿钛酸铋钠构成的，其具有良好的单晶性；其二，对钛酸镇钠纳米花分别使用介电弛豫分析仪和紫外-可见光谱仪进行检测，由测得的介电温度 谱图和紫外-可见光吸收谱图可知，钛酸铋钠纳米花具有较低的介电损耗和很 好的光催化活性，由此开拓了钛酸铋钠作为光催化剂在环境保护中的应用前景；其三，制备工艺简单、易操作，原材料价廉、且消耗少，尤为使用水作 为溶剂，大大地降低了制备的成本，使其极易于工业化生产。作为有益效果的进一步体现， 一是柠檬酸水溶液优选为将柠檬酸加入到 温度^601C的水中配制而成，五水合硝酸铋水溶液优选为将五水合硝酸铋加 入到温度^90t:的水中搅拌15min以上配制而成，分别确保了杼檬酸水溶液、五水合硝酸铋水溶液中的溶质溶解得充分和完全；二是洗涤时冲洗的次数优 选为5 8次，即可以最少的冲洗次数将反应溶液洗涤至中性。 附图说明下面结合附图对本专利技术的优选方式作进一步详细的说明。 图l是对制得的最终产物使用Sirion 200型扫描电子显微镜(SEM)观 测后摄得的SEM照片，由图la可看出，制得的最终产物的产量大且分布均句， 由图lb可看出，最终产物为高100nm左右、长300nm左右的片组成的花状纳 米结构；图2是对图l所示的最终产物使用Phlips X'Pert型X射线衍射(XRD)仪 测得的XRD谱图，由该XRD谱图可看出，最终产物为三角结构的努钬矿钬酸铋钠；图3是对图1所示的最终产物使用JEM-2010型透射电子显微镜(TEM)和 JEOL-2010型高分辨透射电子显微镜(HRTEM)观测后摄得的照片。由图3a可 看出纳米片的长度约为300咖左右、高度约为100nm左右且分布比较均匀。由图3b可看出，纳米片是沿和方向生长的，图3b右上角的内插图是其选区的电子衍射照片，说明钛酸铋钠纳米片具有良好的单晶性；图4是对采用不同的保温时间制得的最终产物使用Sirion 200型扫描电 子显微镜(SEM)观测后摄得的照片，其中，图4a为保温0小时，图4b为保温 0.5小时，图化为保温1小时，图化为保温10小时。由图4a d可看出，随着反 应时间的延长，产物的形貌发生了变化，说明可以通过保温时间的调节来控制最终产物的形貌，进而控制它的相关物性；图5是对图l所示的最终产物使用Hioki 3531ZHITESTER型介电弛豫分析 仪分别在10KHz、 100KHz和lMHz三种频率下测得的介电温度谱图，选择的温区 范围为室温 550r:。由图5a、图5b可看出，钛酸铋钠纳米花的介电损耗和介 电常数均随着频率的升高逐渐降低，尤其是介电损耗在高频情况下可以降低 到很小的数值；图6是对放入不同形貌的钛酸铋钠纳米结构的甲基橙溶液使用CARY-5E型 紫外-可见光谱(UV-Vis)仪进行测试后得到的UV-Vis谱图。其中，图6a为对 放有制得的最终产物的甲基橙溶液于紫外-可见光照射之下在不同时间下的 对比UV-Vis谱图；图6b为对单纯的甲基橙溶液以及分别放入立方块、球形和 纳米花状结构的钛酸铋钠的甲基橙溶液，分别于紫外-可见光照射下降解的对 比UV-Vis谱图，图中纵坐标中的C。和Ct分别代表甲基橙溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛酸铋钠纳米花，包括钛酸铋钠，其特征在于所述钛酸铋钠为球形花状，所述球形花由交叉站立着的纳米片组成，所述纳米片的长度为２５０～３５０ｎｍ、高度为５０～１５０ｎｍ、厚度为５～１５ｎｍ，其是由三角结构的单晶钙钛矿钛酸铋钠构成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李杰，汪国忠，蔡伟平，王洪强，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]