一种钛酸钡空心纳米球的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种钛酸钡空心纳米球的制备方法。该方法采用改进型直接沉淀法，包括制备钛盐和一定比例的正丁醇／乙醇的混合物与钡离子水溶液作为反应物料，加入适宜浓度的碱液促进晶化，低温加热反应即可得到分散性良好的钛酸钡空心纳米球粉体。制备的产品为纯的立方晶相，具有空心纳米球形貌，且颗粒的尺寸和形貌均一。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于无机非金属材料领域。
技术介绍
钛酸钡是一种典型的铁电、介电材料。由于具有优越的介电、压电、铁电性能，钛酸 钡已经被广泛应用于制备陶瓷电容器、微波器件、铁电存储器、温度传感器、非线性变阻器、 热敏电阻、超声波振子、蜂窝状发热体等电子器件。在目前电子元件的小型化、高度集成化 的趋势下，对钛酸钡粉体的质量要求越来越高，粒度更小、尺寸和形貌更均一成为人们在制 备过程中的首要追求目标。例如采用纳米钛酸钡粉末制多层电容器，可以显著减薄每层厚 度增加层数，从而大大提高电容量和减小体积，大大提高了产品的附加值和市场竞争力。因 此，低成本合成纳米钛酸钡粉体对我国信息产业、电子工业等的发展具有重要的意义。由于具有许多优异的独特性能，近些年空心纳米球已经引起广大科研工作者的浓 厚兴趣。例如，由于拥有低密度、高比表面积以及光、电学等性质，因此空心纳米球在药物 输送、医疗诊断、传感器以及化学催化等领域具有广泛的应用前景。通过利用各种制备方 法，人们已经成功合成出不同形貌的钛酸钡纳米颗粒，例如纳米线、棒、立方块、球等。然 而，目前国内外对钛酸钡的空心纳米球的研究还很少，据文献调研，仅有一个成功的例子 (H. Nakano et al. J. Am. Ceram. Soc. 89，1455 (2006))。而且，该文献采用经典制备空心材料 的方法(硬模板法)，获得的钛酸钡空心纳米球直径在IOOnm以上。该方法存在反应程序复 杂、反应时间长、产物量少、产率低、成本昂贵等缺陷。
技术实现思路
针对上述情况，本专利技术的目的是提供一种成本低廉且易于工业化生产，以及生产 工艺简单、安全，产品颗粒的尺寸和形貌均一的钛酸钡空心纳米球的制备方法。为了实现上述目的，一种改进型直接沉淀法被采用，具体步骤如下1)先后将一定量的无水乙醇和正丁醇(无水乙醇与正丁醇的体积比为2 20)加 入到一反应瓶中，然后再加入一定量的钛盐，并混合均勻，Ti4+离子浓度为0. 1 l.Omol/ L；2)称取一定量可溶性钡盐，溶于去离子水，Ba2+离子浓度为0. 3 3. Omol/L ；3)称取一定量的可溶性氢氧化物，溶于去离子水，OF浓度为11 15mol/L ；4)在搅拌状态下，往步骤1)中的反应瓶中加入步骤2)制得的Ba2+离子溶液，控 制钡与钛的摩尔比为1.01 1. 10，并混合均勻；然后，在搅拌状态下，再加入步骤3)制得 的氢氧化物溶液，调节反应体系的0H—浓度至10 14mol/L，并混合均勻。5)在搅拌状态下，将步骤4)的反应体系升温至50 100°C，并维持5 24小时；6)将步骤5)的所得产物自然沉降，倾倒出上层溶液，沉淀按去离子水、稀酸、去离 子水的顺序反复洗涤，分离，干燥，得到钛酸钡空心纳米球粉体。本专利技术的制备方法，其突出优点在于生产工艺简单、安全，设备要求不高，成本低廉，产率高，制备的产品为纯的立方晶相，具有空心纳米球形貌，且颗粒的尺寸和形貌均一。本专利技术制备的钛酸钡纳米空心球粉体，与常见的纳米钛酸钡粉体一样，也具有优 越的介电、压电、铁电性能，可应用于制备陶瓷电容器、微波器件、铁电存储器、温度传感器、 非线性变阻器、热敏电阻、超声波振子、蜂窝状发热体等电子器件。另外，作为一种特殊结构 的纳米材料，钛酸钡纳米空心球粉体还有更多潜在的用途。附图说明图1为本专利技术制备的钛酸钡空心纳米球粉体的X射线衍射(XRD)图谱；图2为本专利技术制备的钛酸钡空心纳米球粉体的透射电镜(TEM)照片；图3为本专利技术制备的钛酸钡空心纳米球粉体的高倍数扫描电镜(SEM)照片；图4为本专利技术制备的钛酸钡空心纳米球粉体的低倍数扫描电镜(SEM)照片。具体实施例方式实例1 1)先后将5mL正丁醇和45mL无水乙醇加入到250mL反应瓶中，然后再加入1. 701g 钛酸四丁酯，并搅拌10分钟；2)称取1. 314g 二水氯化钡，溶于IOmL去离子水中；3)称取24. 500g氢氧化钠，溶于50mL去离子水中；4)在搅拌状态下，往步骤1)中的反应瓶中加入步骤2)制得的Ba2+离子溶液；搅 拌30分钟后，再加入步骤3)制得的氢氧化钠溶液；继续搅拌30分钟；5)在搅拌状态下，将步骤4)的反应体系升温至70°C，并维持12小时；6)停止搅拌，让步骤5)的所得产物自然沉降，倾倒出上层溶液，沉淀按去离子水、 体积浓度为0. 5%的稀甲酸溶液、去离子水的顺序分别洗涤三次，再将产物置于110°C的烘 箱干燥10小时，即得到分散性良好的钛酸钡空心纳米球粉体。经X射线衍射(XRD)图谱 (见图1)分析，结果表明所得钛酸钡粉体为纯的立方相，未见任何其它杂质峰。透射电镜 (TEM)照片(见图2)和高倍数的扫描电镜(SEM)照片(见图3)显示，所得钛酸钡粉体为空 心纳米球，平均直径约为80nm。低倍数的扫描电镜(SEM)照片(见图4)显示，所得钛酸钡 空心纳米球粉体的尺寸和形貌有较好的均一性。实例2 1)先后将2mL正丁醇和40mL无水乙醇加入到250mL反应瓶中，然后再加入1. 698g 钛酸四丁酯，并搅拌10分钟；2)称取1. 650g八水氢氧化钡，溶于IOmL去离子水中；3)称取22. OOOg氢氧化钠，溶于50mL去离子水中；4)在搅拌状态下，往步骤1)中的反应瓶中加入步骤2)制得的Ba2+离子溶液；搅 拌30分钟后，再加入步骤3)制得的氢氧化钠溶液；继续搅拌30分钟；5)在搅拌状态下，将步骤4)的反应体系升温至100°C，保持回流状态8小时；6)停止搅拌，让步骤5)的所得产物自然沉降，倾倒出上层溶液，沉淀按去离子水、 体积浓度为0. 9%的稀甲酸溶液、去离子水的顺序分别洗涤三次，再将产物置于110°C的烘 箱干燥10小时，即得到分散性良好的钛酸钡空心纳米球粉体。实例3 1)先后将IOmL正丁醇和40mL无水乙醇加入到250mL反应瓶中，然后再加入 4. 563g钛酸四乙酯，并搅拌10分钟；2)称取5. 292g硝酸钡，溶于IOmL去离子水中；3)称取40. OOOg氢氧化钾，溶于50mL去离子水中；4)在搅拌状态下，往步骤1)中的反应瓶中加入步骤2)制得的Ba2+离子溶液；搅 拌30分钟后，再加入步骤3)制得的氢氧化钾溶液；继续搅拌30分钟；5)在搅拌状态下，将步骤4)的反应体系升温至60°C，并维持20小时；6)停止搅拌，让步骤5)的所得产物自然沉降，倾倒出上层溶液，沉淀按去离子水、 体积浓度为0. 9%的稀乙酸溶液、去离子水的顺序分别洗涤三次，再将产物置于110°C的烘 箱干燥10小时，即得到分散性良好的钛酸钡空心纳米球粉体。实例4 1)先后将15mL正丁醇和30mL无水乙醇加入到250mL反应瓶中，然后再加入 8. 518g四氯化钛，并搅拌10分钟；2)称取11. 815g乙酸钡，溶于20mL去离子水中；3)称取26. OOOg氢氧化钠，溶于50mL去离子水中；4)在搅拌状态下，往步骤1)中的反应瓶中加入步骤2)制得的Ba2+离子溶液；搅 拌30分钟后，再加入步骤3)制得的氢氧化钠溶液；继续搅拌30分钟；5)在搅拌状态下，将步骤4)的反应体系升温至50°C，并维持24小时；6)停止搅拌，让步骤5)的所得产物自然沉降，倾倒出上层溶液，沉淀按去离子水、 体积浓度为0. 8%本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛酸钡空心纳米球的制备方法，包括如下步骤：　　１）先后将一定量的无水乙醇和正丁醇（无水乙醇与正丁醇的体积比为２～２０）加入到一反应瓶中，然后再加入一定量的钛盐，Ｔｉ↑［４＋］离子浓度为０．１～１．０ｍｏｌ／Ｌ；　　２）称取一定量可溶性钡盐，溶于去离子水，Ｂａ↑［２＋］离子浓度为０．３～３．０ｍｏｌ／Ｌ；　　３）称取一定量的可溶性氢氧化物，溶于去离子水，ＯＨ↑［－］浓度为１１～１５ｍｏｌ／Ｌ；　　４）在搅拌状态下，往步骤１）中的反应瓶中加入步骤２）制得的Ｂａ↑［２＋］离子溶液，控制钡与钛的摩尔比为１．０１～１．１０，并混合均匀；然后，在搅拌状态下，再加入步骤３）制得的氢氧化物溶液，调节反应体系的ＯＨ－浓度至１０～１４ｍｏｌ／Ｌ，并混合均匀。　　５）在搅拌状态下，将步骤４）的反应体系升温至５０～１００℃，并维持５～２４小时；　　６）将步骤５）的所得产物自然沉降，倾倒出上层溶液，沉淀按去离子水、稀酸、去离子水的顺序反复洗涤，分离，干燥，得到钛酸钡空心纳米球粉体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈玉标，陈玲，吴立明，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：35[中国|福建]