[发明专利]水热法制备二钛酸钡的方法

说明书

技术领域

本发明涉及铁电材料技术领域，尤其涉及一种在b轴方向具有较大介电常数的铁电材料二钛酸钡的水热制备方法。

背景技术

铁电性是1920年，由法国人Valasek在罗息盐(酒石酸钾钠，NaKC₄H₄O₆·4H₂O)中发现的。具有铁电性的材料的晶体结构在不加外电场时就具有自发极化现象，而且其极化方向会随着外部电场方向的变化而变化。铁电材料的晶体结构会在某个温度发生改变，由铁电相转变为顺电相，因此可以应用在铁电随机存储器、动态随机存储器中，使结构发生突变的温度称为居里温度。

研究已经非常成熟的BaTiO₃基无铅压电陶瓷是BaO-TiO₂体系中的一种化合物，对环境友好且具有较高的介电常数，然而其低的居里温度限制了它的应用。二钛酸钡的铁电性在近几年被发现，其空间群为低对称性的C₂，在b轴方向的介电常数是BaTiO₃的2～3倍，而且居里温度为380-470℃，具有良好的应用前景。但是二钛酸钡只在1220-1230℃是热力学稳定的，其他温度下都是亚稳定状态，因此制备二钛酸钡纯相具有一定的困难。

目前的已知的制备二钛酸钡的方法中，有熔盐法、固相反应法、溶胶凝胶法、激光化学气相沉积、放电等离子烧结、浮区法等。2006年发表的利用两步水热法制备二钛酸钡的文献Wang L，Li G，Zhang Z.Synthesis of nanobelts[J].Materials Research Bulletin，2006，41(4)：842-846所制备得到的材料根据该文中所示X射线衍射图谱实际并非是二钛酸钡。因此至今还没有利用水热法成功的制备二钛酸钡相的相关报道。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种新的利用水热法制备二钛酸钡的制备方法。本制备方法以水热合成为主要步骤，所用设备简单，成本较低廉，可合成出二钛酸钡粉体，并以此可进一步烧结成二钛酸钡铁电陶瓷。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：水热法制备二钛酸钡的方法，包括有以下步骤：

1)将一水合氢氧化钡和氢氧化钠在去离子水中混合，充分搅拌后得到混合溶液；所述一水合氢氧化钡和氢氧化钠的摩尔比为1:6～10；

2)在真空手套箱中，将四氯化钛滴加到步骤1)所述的混合溶液中得到反应溶液；所述一水合氢氧化钡和四氯化钛的摩尔比为1:1.8～2.1；

3)将所述配置好的反应溶液加入到聚四氟乙烯内衬中，再将内衬放入到水热反应釜进行反应；

4)将所述反应后得到的产物离心清洗、干燥，得到前驱体；

5)将所述的前驱体在马弗炉中热处理，得到具有较高居里温度的铁电材料二钛酸钡。

按上述方案，步骤2)调节所述反应溶液的pH值为11-14。

按上述方案，步骤3)所述聚四氟乙烯内衬中的填充度为70％-80％。

按上述方案，所述水热反应的温度为160～240℃，所述水热反应的时间为18～72小时。

按上述方案，所述热处理的温度为900～1200℃，所述热处理的时间为3～6小时。

本发明制备二钛酸钡的工艺流程主要包括水热反应和热处理，在水热反应过程中，钛离子(Ti⁴⁺)、钡离子(Ba²⁺)、以及溶液中的氢氧根离子(OH^-)发生反应，生成富钛的非晶相。由于钡/钛摩尔比控制在1:2附近，因此会形成二钛酸钡的晶核。在随后的热处理过程中，二钛酸钡的晶核经过形核和长大过程，结晶成二钛酸钡晶相。

本发明的有益效果是：提供了一种新的利用水热法制备二钛酸钡的制备方法，能获得较纯的二钛酸钡粉体，并能以此进一步通过烧结制备出二钛酸钡陶瓷。本发明不需很高的压力，所用设备简单，成本较低廉，可应用于二钛酸钡粉体和陶瓷的制备。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的铁电材料的X射线衍射图；

图2为本发明实施例1提供的铁电材料的介电性能测试图；

图3为本发明实施例1提供的铁电材料的扫描电镜图；

图4为本发明实施例2提供的铁电材料的X射线衍射图；

图5为本发明实施例3提供的铁电材料的X射线衍射图；

图6为本发明实施例4提供的铁电材料的X射线衍射图。

具体实施方式