[发明专利]一种三峡库区滑坡位移监测用钛酸钡压电材料的制备方法

说明书

本发明涉及本发明提出了一种三峡库区滑坡位移监测用钛酸钡压电材料的制备方法，属于多元无机复合材料的制备技术领域。本发明以二氧化钛、钡盐、氢氧化钠为原材料，在反应釜中制备BaTiO₃；以CeO₂为压峰剂，改善BaTiO₃陶瓷的温度特性，同时抑制晶粒的异常长大，有效提高掺杂体系的介电常数；引入TiO₂，降低BaTiO₃体系的介电损耗，最终获得温度稳定的无铅TiO₂/CeO₂/BaTiO₃复合压电材料。本方法易于实现、对设备要求低、成本低廉、易于批量生产、对环境友好，克服了传统压电陶瓷含铅、温度稳定性差和介电损耗大的缺点。

技术领域

本发明涉及无机材料的制备技术领域，具体是指一种三峡库区滑坡位移监测用钛酸钡压电材料的制备方法。

背景技术

随着国际国内以“无铅化”的绿色市场为导向，寻求替代PZT系压电陶瓷的新材料和相关技术手段不断革新。为了克服PZT系压电陶瓷的缺点，一种无铅钙钛矿型BaTiO₃基压电智能材料应运而生。单相的无铅钙钛矿型BaTiO₃压电陶瓷具有介电常数高、介质损耗低、价格低廉等优点，但其温度稳定性非常差限制了它在压电传感器领域的应用。解决温度稳定性差的方法主要有两种：一是选择合适的压峰剂和改性成分，二者共同作用提高温度稳定性；二是通过控制材料的微观结构来提高压电陶瓷的温度稳定性。后者对设备要求高，难于调控合成具有特殊微观结构的压电陶瓷，因此，目前主要采用在单相压电材料中引入压峰剂和改性成分的方法来提高压电材料的温度稳定性。

研究表明，CeO₂是一种优异的压峰剂，可有效改善陶瓷的温度特性，且可以抑制晶粒的异常长大，有效提高掺杂体系的介电常数。当在压电陶瓷中引入TiO₂后，将降低体系的介电损耗。在MgO-LiF体系中添加一定量的TiO₂，体系的介电常数得到了大幅提高。通过将TiO₂引入到CaO-MgO-SiO₂体系，也观察到了类似的现象。基于上述分析可知，将TiO₂和CeO₂同时引入BaTiO₃压电材料用于改善体系的介电常数和温度稳定性是可行的，但尚未有科研人员进行研究。因此，提出一种新颖的方法去合成无铅TiO₂/CeO₂/BaTiO₃复合压电材料，结合该材料的压电效应利用压电声发射技术在三峡库区滑坡位移监测领域具有巨大的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三峡库区滑坡位移监测用钛酸钡压电材料的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种三峡库区滑坡位移监测用钛酸钡压电材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)称取0.5-10g P25TiO₂，分散在5-80mL去离子水溶液中，记为A溶液；

2)称取0.5-10g钡盐，溶解在5-80mL去离子水溶液中，记为B溶液；

3)将B溶液倒入A溶液中，并称取10-100g氢氧化钠，缓慢加入A溶液中，进行充分搅拌后转移至聚四氟乙烯内衬中，随后将该内衬置于反应釜中，拧紧反应釜，置于干燥箱中在150-250℃恒温2-80小时，获得BaTiO₃压电材料；

4)按BaTiO₃和TiO₂质量比为0.05:0.95-0.95:0.05的比例称取P25TiO₂和BaTiO₃，分散在20-50mL酒精中，经超声0.5-3小时后，放置于箱式烧结炉中在100-500℃烧结0.5-5小时，获得TiO₂/BaTiO₃复合压电材料；