[发明专利]一种空心球状钛酸锶钡粉体材料的制备方法

说明书

一种空心球状钛酸锶钡粉体材料的制备方法，采用硬模板法制备：以葡萄糖为原料，以去离子水为溶剂，以十六烷基溴化铵为分散剂，制得表面带负电荷的碳球模板。向碳球表面分批次滴加金属前驱体溶液，利用表面原位水解反应制备出C@BSTO前驱体复合微球，经高温煅烧除去中心碳核，并得到立方钙钛矿相的空心球状钛酸锶钡粉体。所得到的粉体尺寸均匀，结晶性和分散性好，其尺寸可通过控制金属离子浓度来调整约为0.7～3μm，壳层厚度约为90～300nm。本发明的原料易得，且无毒和腐蚀性，对人身健康危害小，并且对设备要求低，具有工艺简单，工艺参数易控，产品质量稳定，易于产业化的特点。

技术领域

本发明属于材料科学中的粉体制备技术领域，具体是一种单分散空心球状钛酸锶钡粉体的制备方法。

背景技术

钛酸锶钡(BST)是由钛酸钡和钛酸锶所形成的无限固溶体，具有典型的钙钛矿结构，它结合了钛酸钡的高介电常数和钛酸锶的低介电损耗、结构稳定的优点，具有优异的介电性能，较高的绝缘电阻、介电常数调节方便、介电损耗较低和较高的介电常数温度稳定性等特点，并且钛酸锶钡材料的居里温度可以通过控制钡和锶之间的比例在40K和350K的温度范围内进行调节。最近几年，通过对传统材料尺寸、形状、表面积、界面和孔隙率的设计而赋予材料新功能的研究越来越多。粒径在纳米级至微米级的空心球具有特殊的空心结构，与传统致密材料相比具有较大的比表面积、较小的密度，且具有空心结构的陶瓷材料，在电绝缘、热绝缘、反应工程、药物载体和传感方面都有很大的应用前景。

此外，随着人工智能的发展，柔性器件应运而生，近几年来已经有研究报道了将钛酸锶钡材料与聚合物进行复合，通过材料组成设计，克服两种材料自身的不足，实现复合材料的共振效应和交叉耦合效应，可制备出得到具有一定介电性能且加工性能优异的钛酸锶钡/聚合物柔性功能复合材料。此类功能复合材料在嵌入式电容器、电子封装、电容器、压电换能器和多层陶瓷电容器等方面有广泛的应用前景。如Hu等人，研究了Ba_0.6Sr_0.4TiO₃陶瓷相含量对Ba_0.6Sr_0.4TiO₃/PVDF功能复合材料介电可调性的影响，当陶瓷相含量为40vol％时，复合材料最优的介电性能，其研究成果发表在Journal of Alloys and Compounds(2015年619卷686-692页)；Liu等人在则详细研究了纳米纤维状和纳米管状陶瓷相形貌及含量对Ba_0.6Sr_0.4TiO₃/PVDF功能复合材料介电性能的影响，其研究成果发表在Journal ofMaterials Chemstry A(2014年2卷18040-18046页)。研究表明，当陶瓷相为纳米纤维状且其含量为2.5vol％时，通过淬火技术使得复合材料的储能密度上升到6.8J/cm³；当陶瓷相为纳米管状且其含量为10vol％时，复合材料的介电常数高达48.2，介电损耗为0.072。钛酸锶钡陶瓷相材料的微观结构和形貌对复合材料的性能有非常大的影响。由以上分析可知，制备空心球状BST粉体对相应的复合材料和陶瓷材料性能有至关重要的影响。