本发明专利技术提供了一种具有准立方形貌的钛酸铋镧铁电纳米单晶颗粒及其制备方法，对铁电纳米有序阵列结构的自组装具有重要应用价值。该发明专利技术的技术方案是以分析纯Bi2O3、La2O3和C16H36O4Ti为原料，以环己烷为油相、Triton?X-100为表面活性剂、正丁醇为助表面活性剂，通过反相微乳过程形成具有Bi4-xLaxTi3O12(x＝0.5～1.0)化学组成的胶粒，并经450～750℃热处理合成BLT纳米粗晶。进而，将得到的BLT纳米粗晶放在碳酸钠/碳酸锂混合熔盐中，经过熔解-成核-长大过程得到尺寸均匀、具有准立方形貌的BLT纳米晶，其微结构特征迄今在国际上尚无公开报道。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米材料领域，涉及一种具有规则准立方形貌的钛酸铋镧铁电纳米单 晶颗粒及其制备方法，对超高密度铁电存储器平面纳米有序阵列结构的自组装具有重要应 用价值。
技术介绍
近年来，随着信息科学技术的迅猛发展，信息容量日益增大，对存储器的存储密度 提出了越来越高的要求，现行的铁电存储器正向着高密度和高集成度方向发展，制备存储 密度达到 KXibit/in2的非挥发性铁电存储器已成为该领域发展的必然趋势。尤其是随 着人们对铁电体“尺寸效应”非本征行为认识的深化，以及鉴于铁电体具有比铁磁体更小的 临界畴尺寸和更薄的畴壁，铁电体已被人们看好为继磁介质存储后的新一代超高密度数据 存储介质，与扫描探针显微技术结合可实现高达 lOTbit/in2的存储密度。然而，欲实现 如此之高的存储密度，存储器中每个记忆单元的尺寸将在数百纳米量级，相应铁电体尺寸 将在数10 IOOnm量级，而且从器件设计上考虑，纳米尺度的铁电体应形成一个平面有序 结构。基于由功能性纳米晶自组装成纳米器件的发展趋势，形貌规则和尺寸单分散性好的 氧化物铁电纳米晶将是制备下一代超高密度非挥发存储器的结构单元。近几年来采用化学 液相方法制备高质量面向自组装的纳米晶已受到了人们的极大关注，在纳米晶生长机制理 论研究与制备工艺等方面均取得了显著的进展。(Bi4_xLax)Ti3012是一种铋-氧层和类钙钛矿层交替结合而形成的层状复合氧化 物。其铁电性能优异，具有剩余极化强度大和不易疲劳等特点，综合性能优于目前广泛应用 的锆钛酸铅基铁电材料。1999年B. H. Park等发现(Bi4^xLax)Ti3O12薄膜中镧掺量为0. 75 时，剩余极化达到最大，因而使具有Bii25IAl75Ti3O12 (以下简称BLT)化学组成的钛酸铋镧成 为面向铁电存储技术应用的研究重点。然而，对于BLT的研究，目前主要集中于薄膜材料制备与性能，关于纳米晶制备、 自组装及其有序微结构与性能研究还少有报道。文献表明，以金属氧化物为原料，通过固 相反应法可合成所需组成的BLT粉体，但合成温度高、产物晶粒粗大、形貌不规整、且相互 粘连严重，无法适用于阵列结构自组装的研究。另一方面，包括Sol-Gel法、共沉淀法，水热 法以及熔盐法等在内的液相化学方法虽也被广泛地应用于BLT氧化物纳米晶的合成，但也 许是由于BLT的层状钙钛矿结构特点，鲜有文献报道合成得到了规则形貌的钛酸铋镧纳米 晶，而主要呈现为C-轴方向薄的片状形貌，且在合成的粉体中存在少量的焦绿石相。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在克服现有BLT纳米晶制备方法中存在的各种缺点，提供一种准 立方形貌钛酸铋镧纳米颗粒的制备方法。本专利技术的具体技术方案一种具有规则准立方形貌的钛酸铋镧铁电纳米单晶颗 粒，其特征在于该铁电纳米单晶具有平均尺寸为50 80nm，偏差小于士 10 %的准立方形貌，其化学成分为Bi4_xLaxTi3012(x = 0. 5 1. 0)，简称为BLT。本专利技术还提供了上述钛酸铋镧铁电纳米单晶颗粒的制备方法，其特征在于首先采 用分析纯氧化铋、氧化镧和钛酸四丁酯为原料，环己烷为油相，Triton X-100为表面活性 剂，正丁醇为助表面活性剂，通过反相微乳法制得BLT纳米粗晶，然后将得到的BLT纳米粗 晶在碳酸钠与碳酸锂的混合熔盐中经过熔解-成核-长大过程，得到无团聚的具有准立方 形貌的BLT纳米颗粒；其如下具体步骤如下(如图1所示)A.在搅拌作用下，在稀氨水中滴加C16H36O4Ti，形成无定形水合二氧化钛凝胶，该凝 胶经去离子水清洗至洗液pH为6. 5 8后，加入H2A得到黄色沉淀，再滴加HNO3得到酒红 色透明TiO(NO3)2溶液;B.依据Bi4_xLaxTi3012纳米晶化学计量要求，将分析纯Bi203、La2O3溶解于稀硝酸 中，得到透明铋镧硝酸盐水溶液，其金属离子浓度为1. 5 4M ；将步骤A得到的酒红色透明 TiO(NO3)2溶液与铋镧硝酸盐水溶液按化学成分为Bi4_xLaxTi3012(即3 4)摩尔比混合，形 成的金属离子溶液记为MS;C.环己烷、正丁醇和Triton X-100混合形成透明混合液，记为油相0P1，将步骤B 中得到的金属离子溶液MS逐滴加入至油相OPl中，得到酒红色透明微乳液MEl ；D.将氨水逐滴加入至环己烷、正丁醇及Triton X-100形成的油相0P2中，形成澄 清透明微乳液ME2 ；将步骤C形成的微乳液MEl逐滴加至微乳ME2中，调节pH在8 10之 间；E.步骤D中得到的微乳液经离心后，得到的沉淀用极性溶剂与非极性溶剂的混合 液清洗离心处理3 5次，然后在60 80°C的烘箱中烘干2 3h，并将干燥产物放入高温 炉中煅烧，合成得到BLT纳米粗晶；F.将步骤E中合成的BLT纳米粗晶与碳酸钠与碳酸锂的混合熔盐(一般优选碳酸 钠与碳酸锂的质量比为1 1)研磨混合2 4h，装入氧化铝坩埚在马弗炉中进行熔融处 理，尔后，将熔盐与纳米晶的混合物用去离子水离心清洗10 15次，最后分离得到无团聚、 分散稳定和具有规则形貌的BLT纳米晶颗粒。其中，优选步骤A中搅拌速度为100 300rpm，C16H36O4Ti的滴加速度为0. 1 0. 5ml/min,稀氨水浓度为2. 6 7. 8wt%，与C16H36O4Ti的体积比15 25 ；所得水合二氧 化钛凝胶在转速6000 lOOOOrpm，时间5 15min条件下通过离心分离；在凝胶中加入 的H2O2 (质量浓度30 % )和HNO3(质量浓度66 % )分别以0. 3 0. 5ml和0. 6 0. 8g/ IiilC16H36O4Ti 计量。其中，优选步骤B中稀硝酸质量浓度的优化值为35 50%。其中，优选步骤C中油相OPl中环己烷与正丁醇的质量比为2 1 6 1，环己 烷与Triton X-100的质量比为2 3 4 3 ；其参数优化值环己烷与正丁醇的质量比 为4 1 5. 5 1，环己烷与Triton X-100的质量比为2 3 3 3 ；酒红色透明微 乳液MEl中，金属离子溶液MS与油相OPl的质量比为1 10 1 20 ；其参数优化值 1 12 1 18。其中，优选步骤D中油相0P2中环己烷与正丁醇质量比为1 1 4 1，环己 烷与Triton X-100的质量比为2 3 1 4 ；其参数优化值环己烷与正丁醇质量比为 3 2 3 1，环己烷与Triton X-100的质量比为1 1 1 3 ；微乳液ME2中氨水与环己烷质量比为1 2 3 1 ；其参数优化值氨水与环己烷质量比为6 5 2 1; 微乳液MEl滴入微乳液ME2中速度为0. 2 0. 5ml/min，滴完后搅拌时间为1 池。其中，优选步骤E中非极性溶剂是环己烷、正己烷、苯、甲苯、氯仿中任意一种或几 种的混合物；极性溶剂是无水乙醇、甲醇、丙酮、丙醇、四氢呋喃、乙醚、二氯甲烷中任意一 种或几种的混合物；非极性溶剂与极性溶剂的体积比为1 2 5 3;离心分离转速为 6000 8000rpm，离心时间5 15min ；高温炉煅烧合成BLT纳米粗晶的合成温度为450 750°C，反应时间2 3h。其中，优选本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种准立方形貌的钛酸铋镧铁电纳米单晶颗粒，其特征在于该铁电纳米单晶具有平均尺寸为５０～８０ｎｍ，偏差小于±１０％的准立方形貌，其化学成分为Ｂｉ↓［４－ｘ］Ｌａ↓［ｘ］Ｔｉ↓［３］Ｏ↓［１２］，ｘ＝０．５～１．０，简称为ＢＬＴ。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：曾燕伟，杨晓伟，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：84
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