[发明专利]一种室温制备钛酸钡纳米粉体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种室温制备钛酸钡纳米粉体的方法，属于无机非金属材料领域。

背景技术

由于量子尺寸效应的存在，纳米材料具有比块体材料更优异的物理化学性质，这也使得纳米材料的制备成为近年来材料科学关注和研究的热点。对于陶瓷而言，在相同的工艺条件下，如果使用分散性好且近球形的纳米颗粒作为初始粉体，可以得到烧结更致密，性能更好，产品一致性更高的器件。

钛酸钡是一种重要的电子陶瓷材料，由于具有高介电常数、低介电损耗、热释电性以及铁电性，已被广泛应用于制作多层陶瓷片电容器(MLCC)和热敏电阻(PTCR)，并且在电光器件、红外探测器和非挥发性铁电存储器上也有非常广阔的应用前景。目前，在电子器件小型化的大趋势下，为了保证器件的性能和可靠性，就需要进一步降低钛酸钡粉体的粒度。特别对于MLCC(多层陶瓷片电容器)来说，为使器件在小型化的同时保证大的容量和容积效率，就需要制备粒度更小、更均匀的钛酸钡粉体。此外，粒度小、分布范围窄且分散性好的钛酸钡粉体具有良好的烧结性能，在较低的温度下就可以得到更致密的陶瓷材料。

钛酸钡粉体的传统制备方法是固相烧结法，此方法虽然工艺简单，但需要在1200℃以上反应才能得到结晶性良好的钙钛矿结构的钛酸钡粉体，能耗大，且对设备要求较高。此外，固相烧结法制备的粉体纯度低，颗粒团聚严重，容易长大，尺寸不易控制。为了克服这些缺点，一些湿化学方法(包括溶胶-凝胶法、微乳液法、共沉淀法(草酸盐)法)越来越多的被用来制备钛酸钡粉体，但这些方法也均需要700℃以上的煅烧过程才能得到结晶性良好的钛酸钡粉体，尽管煅烧温度较固相烧结法有所降低，但高温处理过程势必造成颗粒的粗化和团聚，不利于接下来的陶瓷烧结过程。水热法可以在较低的温度(约200℃)下制备结晶性和分散性都较好的钛酸钡粉体，其颗粒尺寸范围为0.05～0.4微米。然而，水热法很难再进一步降低颗粒尺寸。并且水热法所用的设备是一个密闭的高压反应釜，除成本高外还有爆炸的危险。如果能在较低的温度甚至在室温下合成出钛酸钡纳米粉体，势必会大大降低生产成本，简化工艺。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术存在的问题，提供一种室温制备钛酸钡纳米粉体的方法。

本发明的钛酸钡纳米粉体的制备方法，采用的是室温下直接合成法，具体步骤如下：

1)将钛酸四丁酯溶于无水乙醇，调节溶液中的Ti⁴⁺离子浓度为0.1～1.0mol/L；

2)搅拌状态下，向步骤1)制备的钛酸四丁酯的乙醇溶液中加入1～3ml的质量浓度30％的氨水溶液，沉淀，过滤，洗涤，得到钛的羟基氧化物沉淀；

3)将乙酸钡溶于去离子水，形成乙酸钡水溶液，调节溶液中Ba²⁺离子的浓度为0.5～5.0mol/L；

4)将氢氧化钾溶于去离子水，配置浓度为10～30mol/L的氢氧化钾水溶液；

5)将钛的羟基氧化物沉淀、乙酸钡水溶液和氢氧化钾水溶液加入到有机胺溶剂中，搅拌至少10分钟，得到前躯体浆料，其中钛的羟基氧化物的摩尔体积分数为0.1～0.2mol/L，钡与钛的摩尔比为1.0～1.1，氢氧化钾的摩尔体积分数为0.5～1.0mol/L，摩尔体积分数的体积基数为前躯体浆料的总体积；.

6)将制备的前躯体浆料在室温下继续搅拌12～72h，然后让所得产物自然沉降，再用稀酸和去离子水反复冲洗，过滤，烘干，得到钛酸钡纳米粉体。

本发明制备过程中，使用的有机胺溶剂是乙二胺或乙二胺和乙醇胺的混合溶液，其中乙醇胺的体积不超过乙二胺和乙醇胺混合溶液总体积的80％。

本发明制备过程中，步骤6)使用的稀酸是体积分数小1％的稀醋酸。

本发明制备过程中，所说的钛酸四丁酯、乙酸钡、氢氧化钾、无水乙醇、乙二胺和乙醇胺的纯度均不低于化学纯。

本发明的有益效果在于：

本发明以有机胺为溶剂，在室温和大气气氛下直接制备了纯度高、结晶性好、分散性好、粒度分布窄的钛酸钡纳米粉体，粒度可以通过改变工艺参数调节。由于反应介质为有机溶剂，有效的解决了晶体生长过程中一次颗粒的团聚问题。本发明的室温直接合成方法不需要昂贵的设备，没有高温处理过程，能耗低，工艺条件容易控制，成本低廉，易于工业化生产。本发明制备的钛酸钡纳米粉体在微电子器件、电光器件、存储材料、高介材料、气敏材料等领域具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明制备的钛酸钡纳米粉体的X射线衍射(XRD)图谱；

图2是本发明制备的钛酸钡纳米粉体的透射电镜(TEM)照片。

具体实施方式