[发明专利]纳米CaCu3Ti4O12陶瓷粉体的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种水热法制备纳米CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷粉体的方法及应用。

背景技术

钛酸铜钙—CaCu₃Ti₄O₁₂化合物具有反常的巨介电常熟和极低的损耗，特别是在很宽的温区范围内介电常数值几乎不变，反映了介电响应的高热稳定性。使其有可能成为在商密度能量存储、薄膜器件、高介电电容器等一系列高新技术领域中获得广泛的应用。

目前，对于具有巨介电常数的CaCu₃Ti₄O₁₂的研究中，不同学者所报道的实验介电常数还存在着数量级上的差别，而且介电常数发生突变的温度值差别也很大。这反映了不同的实验过程、实验方法和制各工艺对材料的介电性能起着明显的作用。当前，CaCu₃Ti₄O₁₂粉体主要采用有机盐制备，制备成本较高、生产周期较长。而且，更为重要的是，当前制备的CaCu₃Ti₄O₁₂粉体的粒径大都为微米级别，粒径尺寸分布不均匀；且常规CaCu₃Ti₄O₁₂粉体制备烧结温度较高（大于1000℃），消耗能源严重。纳米CaCu₃Ti₄O₁₂因具备高活性、界面效应明显等特性，是制备高储能密度有机基体/无机粒子复合材料的重要填料，常见微米CaCu₃Ti₄O₁₂粉体容易制备但是用作无机填料时需要很高掺杂量才能得到理想的性能，而且力学性能又要大打折扣，而纳米CaCu₃Ti₄O₁₂粉体因其特殊的表面特性可以克服上述缺点，但是，制备高质量纳米级（特别是50nm）且低成本可以大量用作填料的CaCu₃Ti₄O₁₂粉体比较困难，以往研究少见报道。

发明内容

本发明是为了解决现有CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷粉体制备成本偏高，尺寸分布不均匀、形貌不可控及微米CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷粉体用作填料颗粒制备复合材料时综合性能较差的技术问题，提供了一种纳米CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷粉体的制备方法及应用。

纳米CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷粉体的制备方法按照以下步骤进行：

一、将硫酸氧钛溶解到稀硫酸中，得到硫酸氧钛混合溶液，硫酸氧钛混合溶液中硫酸氧钛的浓度为0.01～80g/L，硫酸的浓度为5～100g/L；

二、分别配制硫酸铜溶液和硝酸钙溶液，硫酸铜溶液的浓度为1～10g/L，硝酸钙溶液的浓度为0.005～15g/L；

三、按照Ca:Cu:Ti摩尔比为1:3:4的比例，将硝酸钙溶液和硫酸铜溶液添加到硫酸氧钛混合溶液中；

四、将聚乙二醇加入到浓度为50～100g/L氢氧化钠溶液中，得到混合液，混合液中聚乙二醇的浓度为1～40g/L；

五、按照氢氧化钠与硫酸氧钛的摩尔比为40～60:1的比例，在搅拌的条件下将步骤三所得的混合溶液以雾化的方式添加到步骤四所得的混合液中，搅拌速度为300～600r/min，得到悬浊液；

六、将步骤五所得的悬浊液倒入水热釜中，采用硝酸和氢氧化钠调整水热釜内混合溶液体系的pH值为10～14，再将水热釜放入烘箱中，在温度为120～200℃的条件下保温4～72h，然后将粉体从水热釜中倒出，离心分离过滤后用清水清洗粉体至洗液的pH值为7，然后于50～80℃烘干，烘干后研磨；

七、将研磨后的粉体在600～950℃，保温30～120min，即得纳米CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷粉体。步骤四中所述聚乙二醇的型号为PEG400、PEG1500、PEG2000、PEG10000、PEG20000及PEG40000的一种或其中几种的混合物。