本发明专利技术公开了一种成本较低、工艺简单的合成超细晶、单分散、高纯度的纳米钛酸钡的方法。本发明专利技术采用改进的水基溶胶凝胶法，首先使用醋酸、ＰＥＧ等调控钛酸四丁酯或者ＴｉＣｌ４水解制备分散性良好，超细的高活性ＴｉＯ２前驱体，利用制得的ＴｉＯ２前驱体与Ｂａ（ＯＨ）２.８Ｈ２Ｏ或者Ｂａ（ＣＨ３ＣＯＯ）２在常压的条件下６０～１４０℃油浴反应１～１０ｈ，即得到钛酸钡粉体。在本发明专利技术方法中通过合理调节表面活性剂加入量和分子量、反应原料浓度、反应时间和反应温度等条件，可以有效控制产物的尺寸，简化工艺流程，缩短反应时间，降低生产成本，并且获得超细晶、单分散、高纯度的１０～２００ｎｍ钛酸钡。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种。
技术介绍
20世纪40年代初期，BaTiO3陶瓷的铁电性在美国、日本和前苏联被同时发现。可 以说，钛酸钡是最早发现的铁电陶瓷材料，同时也是目前研究得最深入和应用最广泛的铁 电材料。钛酸钡被广泛应用于制作热敏电阻器、多层陶瓷电容器、电光器件等等。随着这些 年微电子行业的迅猛发展，对于电子陶瓷元件的微型化、高精度、高可靠性和低成本提出了 越来越高的要求，因此专利技术一种成本较低、工艺简单的方法合成超细晶、单分散、高纯度的 纳米钛酸钡显得极为重要。钛酸钡的制取方法主要分为两大类固相法和液相法。固相法基本原理是设法将 二氧化钛和碳酸钡混合均勻，然后进行高温煅烧，从而得到钛酸钡。但是这种方法得到的钛 酸钡粒度分布难以控制，纯度也无法保证，从而极大地影响产品的性能。液相法有水热合成 法、化学沉淀法和溶胶凝胶法等等。水热法是指在密闭的压力容器中在相对较高的压力和 温度下制备纳米材料的一种方法。水热法制备的粉体具有粒度小、分布均勻，团聚较少的优 点，且其原料便宜，易得到符合化学计量比并具有完整晶形的产物。粉体无需高温煅烧处 理，避免了晶粒长大、缺陷的形成和杂质的引入，具有较高的烧结活性。但其往往需要较高 的温度和较高压力，合成有一定的危险，而且设备投资大成本高，限制了该法的应用。化学 沉淀法就是在金属盐溶液中加入适当的沉淀剂，控制适当的条件使沉淀剂与金属离子反应 生成陶瓷前驱体沉淀物，再将此沉淀物煅烧形成纳米粉体。沉淀法具有方法简单，材料成本 低，设备投资少，在生产中可以添加掺杂元素，直接制得某种配方的粉体原料，非常适用于 陶瓷元件的制造等优点。但该方法也存在一些缺点，如难以得到粒径很小的纳米粉体，产物 经常是胶状物，颗粒容易团聚，粒径分布宽，需要一定的后处理，合成的粉体随着反应条件 的微小变化，钛钡比波动较大，产品质量不稳定等等。溶胶_凝胶法是20世纪60年代发展 起来的一种制备玻璃、陶瓷等无机材料的一种新工艺。基本原理是将金属醇盐或无机盐水 解成溶胶，然后使溶胶凝胶化，再将凝胶干燥焙烧后得到纳米粉体。溶胶凝胶法工艺过程中 不引入杂质粒子，所得粉体粒径小、纯度高、粒径分布窄，是一种很有前景的制备方法。但是 常规的溶胶凝胶法也存在多个难以克服的缺点原料价格昂贵、有机溶剂具有毒性以及高 温热处理会使粉体快速团聚，且反应周期长，工艺条件不易控制，产量小，难以放大和工业 化，限制了其大规模使用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种制备超细晶、单分散、高纯度的钛酸钡纳米粉体的方法。本专利技术所提供的制备钛酸钡纳米粉体的方法，包括下述步骤1)配制溶液A、溶液B及溶液B'；所述溶液A是钛源与无水乙醇混合得到的钛源乙醇溶液，所述钛源为四氯化钛或者钛酸四丁酯；所述溶液B是聚乙二醇溶于去离子水中得到的聚乙二醇水溶液；所述溶液 B'是聚乙二醇、醋酸和去离子水混合得到的聚乙二醇醋酸溶液；2)所述钛源为四氯化钛，使所述溶液B处于搅拌状态下，将含四氯化钛的溶液A滴 加到所述溶液B中；或所述钛源为钛酸四丁酯，使所述溶液B'处于搅拌状态下，将含钛酸 四丁酯的溶液A滴加到所述溶液B'；滴加完毕后得到混合物；维持所述混合物处于搅拌状 态，然后将所述混合物在60-90°C下继续搅拌0. 5-5小时，得到TiO2溶胶；向所述TiO2溶胶 中加入适量氨水并搅拌至完全沉淀，过滤收集固体产物，即得到TiO2凝胶；3)将所述TiO2凝胶分散于水中，得到TiO2凝胶分散液；向所述TiO2凝胶分散液中 加入钡源，并将混合后的物质在60-140°C下反应1-10小时，得到所述钛酸钡纳米粉体；所 述钡源为 Ba (OH) 2 或 Ba (CH3COO) 2。其中，步骤1)中所述钛源的乙醇溶液中钛源的浓度可为0. l-5mol/L。步骤1)中所述聚乙二醇的重均分子量为2000-20000 ；所述溶液B或溶液B'中聚 乙二醇的浓度可为0. 1-lmol/L。步骤2)中来自于所述溶液B或溶液B'中聚乙二醇的质量是以所述溶液A中的钛 源质量计算得到的理论合成钛酸钡质量的_5%。步骤3)所述TiO2凝胶分散液中TiO2凝胶的浓度可为0. 25mol/L-2mol/L0步骤 4)中按照摩尔比Ba/Ti = 1. 0-1. 8的比例向所述TiO2凝胶分散液中加入钡源。为了促进步骤3)中所述反应进行完全，所述反应的反应体系中还可加入少量的 氨水。当以Ba(CH3COO)2为钡源时，加入适量氨水调节pH值为7_10。本专利技术的方法还包括对步骤3)得到的钛酸钡纳米粉体在40-100°C烘箱中烘干的 步骤。本专利技术采用改进的水基溶胶凝胶方法，解决了使用常规的沉淀法产物团聚严重， 晶粒尺寸分布难以控制和钡钛比波动较大等问题，同时采用相对较为便宜的原料，使用水 基避免了有机溶剂的毒性。并通过合理调节体系的PH值、表面活性剂、反应原料浓度、反应 时间和反应温度等条件，可以有效控制产物的尺寸，简化工艺流程，缩短反应时间，降低生 产成本，获得了超细晶、单分散、高纯度的粒径为10-200nm的钛酸钡粉体。本专利技术的方法是采用TiCl4或者钛酸四丁酯(Ti(OBu)4)为钛源，滴加到溶解有适 量聚乙二醇(PEG)的去离子水中进行水解，获得分散性良好、超细的高活性TiO2前驱体。以 Ba(OH)2或者Ba(CH3COO)2为钡源，和前面制得的TiO2混合，在常压条件下反应即可获得产PΡΠ O本专利技术的方法和现有技术相比，关键在于通过控制钛酸四丁酯或者TiCI4W水解， 获得了超细、分散性良好且高活性的TiO2前驱体，同时本专利技术可以使用较为便宜的原料，只 使用很少量的醋酸和表面活性剂PEG，成本不高。同时反应流程简单，实验条件温和，不需要 复杂昂贵的高压水热设备，常压低温下即可在很短的时间内完成反应，便于工业化应用，大 大节省了工业生产的成本。反应过程中没有引入难以除去的杂质离子，醋酸、PEG以及氨水 等物质经过低温预烧均可完全分解挥发，后期处理简单且产品纯度极高。同时只需要通过 简单的控制反应原料的浓度、加入的表面活性剂的分子量和重量、加入的醋酸抑制剂的量、 反应时间和反应温度等条件中的一个或若干个，就可以简单有效地控制晶粒形貌和尺寸， 所得到的陶瓷粉体晶粒发育完全，粒度小，尺寸分布非常均一，分散性优异，粉体具有较高活性。 附图说明图1实施例1前驱体TiO2的透射电子显微镜(TEM)照片。图2实施例1使用钛酸四丁酯为钛源制得的钛酸钡粉体的TEM照片。图3实施例1使用钛酸四丁酯为钛源制得的钛酸钡粉体的扫描电子显微镜(SEM) 照片。图4实施例1使用钛酸四丁酯为钛源制得的钛酸钡粉体的X射线衍射(XRD)图谱。图5实施例2使用钛酸四丁酯为钛源制得的钛酸钡粉体的TEM照片。图6实施例3使用四氯化钛为钛源制得的钛酸钡粉体透射电子显微镜(TEM)照 片。图7实施例3使用四氯化钛为钛源制得的钛酸钡粉体的X射线衍射(XRD)图谱。 具体实施例方式下面通过具体实施例对本专利技术的方法进行说明，但本专利技术并不局限于此。下述实 施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可 从商业途径获得。实施例1、以钛酸四丁酯为钛源制备钛酸钡粉体用移液管量取IOml无水乙醇置于分液漏斗中，然后用本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
一种制备钛酸钡纳米粉体的方法，包括下述步骤1)配制溶液A、溶液B及溶液B′；所述溶液A是钛源与无水乙醇混合得到的钛源乙醇溶液，所述钛源为四氯化钛或者钛酸四丁酯；所述溶液B是聚乙二醇溶于去离子水中得到的聚乙二醇水溶液；所述溶液B′是聚乙二醇、醋酸和去离子水混合得到的聚乙二醇醋酸溶液；2)所述钛源为四氯化钛，使所述溶液B处于搅拌状态下，将含四氯化钛的溶液A滴加到所述溶液B中；或所述钛源为钛酸四丁酯，使所述溶液B′处于搅拌状态下，将含钛酸四丁酯的溶液A滴加到所述溶液B′；滴加完毕后得到混合物；维持所述混合物处于搅拌状态，然后将所述混合物在60 90℃下继续搅拌0.5 5小时，得到TiO2溶胶；向所述TiO2溶胶中加入氨水并搅拌至完全沉淀，过滤收集固体产物，即得到TiO2凝胶；3)将所述TiO2凝胶分散于水中，得到TiO2凝胶分散液；向所述TiO2凝胶分散液中加入钡源，并将混合后的物质在60 140℃下反应1 10小时，得到所述钛酸钡纳米粉体；所述钡源为Ba(OH)2或Ba(CH3COO)2。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤1)所述钛源乙醇溶液中钛源的浓度 为 ...
【专利技术属性】
技术研发人员：王晓慧，张晓泉，金镇龙，张亦弛，李龙土，
申请(专利权)人：清华大学，无锡鑫圣慧龙纳米陶瓷技术有限公司，
类型：发明
国别省市：11
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