[发明专利]一种铌酸钾纳米粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铌酸钾纳米粉体的制备方法，具体为通过水合氧化铌的制备和用溶胶-凝胶和燃烧合成相结合的方法制备纳米铌酸钾粉体，属于精细化工领域。

背景技术

铌酸钾(KNbO₃)是一种具有钙钛矿型的铁电体氧化物，具有良好的电光系数和非线性光学系数，在激光倍频，光折射领域应用广泛。近年来发现KNbO₃具有优异的压电性能，在声表面波和换能器件等方面有广泛的应用前景。另外，KNbO₃也常用于光催化领域。

铌酸钾KNbO₃粉体的合成通常采用固相反应的方法，将球磨混合后的Nb₂O₅和K₂CO₃粉体在850℃以上的高温下进行热处理，该方法工艺简单，易批量生产，但是球磨过程中容易引入杂质，煅烧温度较高。同时制得的粉体颗粒较粗且团聚严重，烧结活性低。

近年来，湿化学方法成功用于KNbO₃粉体的合成。刘来君等人的“一种铌酸钾粉体的水热合成方法”(专利号：200910114136)中采用五氧化二铌和高浓度的氢氧化钾为原料水热制备铌酸钾粉体，该方法步合成铌酸钾粉体，无需煅烧。但该方法中大部分氢氧化钾不参与反应，造成原料的浪费，其次反应在高温高压下进行，对仪器设备的要求较高。溶胶-凝胶法也可以制备铌酸盐粉体，该方法的关键在于铌源的选择，由于有机醇盐有较好的溶解性，常用来作为溶胶-凝胶法的铌源，但有机醇盐的价格昂贵，使用环境要求严格，不利于工业化推广。李垚的“柠檬酸凝胶方法制备铌酸钾锂纳米粉体”(专利号：200410043777.2)中用采用水合氧化铌为铌源，用溶胶-凝胶法制备铌酸钾锂粉体，该方法制得的铌酸钾锂粉体较细，但是该方法利用HF溶解Nb₂O₅制备的可溶性铌盐中容易残留氟离子，导致最终的铌酸盐粉体中也残留氟离子，降低了粉体的光电性能。

发明内容

本发明的目的在于为解决上述问题提供一种新的铌酸钾纳米粉体的制备方法，该方法是通过先将Nb₂O₅转变为可溶性铌盐，然后再用溶胶-凝胶法和燃烧合成相结合的方法制备KNbO₃纳米粉体。通过本方法，在600～800℃下煅烧就可以获得具有纯钙钛矿结构、粒径细小均一的纳米铌酸钾粉体。本发明的技术方案如下：

一种铌酸钾纳米粉体的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

①将摩尔比为8-12∶1的氢氧化钾和五氧化二铌混合均匀后在320-400℃煅烧1-4h；将煅烧产物溶于去离子水中，过滤除去不溶物，然后用草酸调节溶液的pH值至4-5，得到大量的白色絮状沉淀水合氧化铌(Nb₂O₅·nH₂O)；过滤后用去离子水洗涤3-5次，除去沉淀中吸附的钾离子和草酸根离子；

②将上述用去离子水洗涤过的白色沉淀水合氧化铌加入到柠檬酸溶液中，得到透明的含铌柠檬酸溶液；加入硝酸钾后在60-70℃水浴中搅拌得到透明溶胶，然后在80-90℃水浴中继续搅拌得到浅黄色透明凝胶；

步骤②所述白色沉淀水合氧化铌中的铌离子和柠檬酸溶液中的柠檬酸的摩尔比为1∶3-6；

步骤②所述加入的硝酸钾中钾离子与白色沉淀水合氧化铌中铌离子的摩尔配比为1∶1；

③将上述凝胶加热到150-200℃的温度下，保温10-30分钟，凝胶发生氧化还原反应形成蓬松状前驱体；

④粉碎后的前驱体在600-800℃之间退火2h，得到结晶完善的粒径在10-70nm之间的纯相KNbO₃纳米粉体。

本发明的有益效果在于：

用本发明的方法所制备的铌酸钾粉体，因为热处理的温度较低，粉体粒度小，烧结活性高，适用于作为铌酸钾无铅压电陶瓷粉料，也可用于光催化领域；该方法还具有快速、安全、过程容易控制等优点。