[发明专利]一种四方相钛酸钡粉体的溶胶-水热法制备工艺

说明书

本发明涉及一种四方相钛酸钡粉体的溶胶‑水热法制备工艺，包括:将钛酸四丁酯与冰醋酸、短链醇类混合制得钛酸四丁酯溶液，将钡盐溶液缓慢加至钛酸四丁酯溶液中，磁力搅拌，形成均匀的溶胶，然后用矿化剂调节溶液pH值≥13，得到水热反应前驱体。将前驱体转移到水热反应釜中，然后把反应釜放进干燥箱中进行水热处理，冷却后再将粉体洗涤并干燥，可得钛酸钡粉体。本工艺方法操作简单，粉体粒子尺寸可控，纯度高，分散性良好，反应温度低，粉体为四方相结构，没有杂相。该粉体可用作超级电容器用MLCC的基体材料。

技术领域

本发明涉及一种四方相钛酸钡纳米粉体及其制备方法，更详细地说是关于溶胶-水热法制备四方相钛酸钡粉体的工艺，属于无机非金属材料制备领域。

背景技术

钛酸钡具有高介电常数、低介电损耗和优良的铁电、压电性能，且对环境友好，广泛应用于热敏电阻、铁电压电元器件和多层陶瓷电容器(MLCC)的介质材料，被誉为电子陶瓷工业的支柱。特别地，高纯四方相钛酸钡粉体是陶瓷超级电容器的关键基体材料。因此，高纯四方相钛酸钡粉体的制备方法成为研究热点。

传统的固相法制备的粉体尺寸大且均匀性差，严重影响陶瓷性能。而钛酸钡粉体的湿化学制备方法具有纯度高、均匀性好等优点，得到了广泛的应用，其中溶胶-凝胶法和水热法以其优点成为制备钛酸钡粉体主要的湿化学方法。溶胶-凝胶法组成精确、成分易控制且得到的粉体高纯，但缺点是煅烧温度较高且制得的粉体容易团聚。水热法合成温度低、粉体大小均匀、分散性好且直接生成氧化物，避免了高温煅烧和可能形成硬团聚，可弥补溶胶-凝胶法的缺点。随着科学技术的发展，单一的合成方法已经不能满足高性能钛酸钡粉体制备的需要。因此，基于制备方法的改进和研究手段的拓宽，各种技术手段的联合使用可以降低合成钛酸钡的反应温度，缩短反应时间，并且制得粒径小、分散性好、纯度高的粉体。将溶胶-凝胶法和水热法联用，同时结合溶胶-凝胶法和水热法的优点，来合成钛酸钡粉体的技术，称为溶胶-水热法。

龚淑萍等人(溶胶-水热法制备钛酸钡基PTC超细粉体,华中科技大学学报(自然科学版),35(2007)113-116)报道，将乙酸钡和冰乙酸按比例混合形成透明溶液，再用无水乙醇稀释钛酸四丁酯获得钛的前驱物，钡的乙酸溶液缓慢滴加到钛的前驱物中，形成浅黄色透明溶胶。然后将KOH热溶液加入到溶胶中强烈搅拌形成水热反应前驱物。采用溶胶-水热法制备，获得了符合化学计量比、晶粒尺寸30nm左右的立方相钛酸钡纳米粉体。该方法的不足之处为钛酸钡粉体为立方相并含有碳酸钡杂相。Wang等人(Low-temperature synthesisof BaTiO₃powders by the sol–gel-hydrothermal method,Ceramics International 39(2013)7127–7134)报道，将无水乙醇与钛酸四丁酯形成的溶液逐滴加入到冰醋酸与醋酸钡形成的溶液中，得到透明溶胶并凝胶化，真空干燥后的干凝胶与KOH反应，采用溶胶-凝胶-水热法，获得了钛酸钡粉体。该方法需要制备干凝胶，过程稍显复杂且合成的钛酸钡粉体为立方相。Yang等人(Monodisperse hollow perovskite BaTiO₃nanostructures preparedby a sol-gel-hydrothermal method,Ceramics International,40(2014)9663-9670)报道，钛酸四丁酯、硝酸、乙酰丙酮和去离子水在水浴搅拌条件下形成溶胶，凝胶后与醋酸钡反应，控制钛钡比，KOH做矿化剂，同样采用溶胶-凝胶-水热法获得了平均粒径86.7nm的单分散中空钛酸钡纳米粒子。该法也有凝胶过程，合成的钛酸钡同样为立方相且合成温度较高(200℃)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纯度高、分散性好、粉体粒径可控和晶型良好的四方相钛酸钡纳米粉体的制备方法。该法为溶胶-水热法，工艺简单，合成温度低。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：