CN101100381A - 一种低温制备Bi3TiNbO9微纳米压电铁电粉体的方法 - Google Patents
一种低温制备Bi3TiNbO9微纳米压电铁电粉体的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101100381A CN101100381A CNA200710014809XA CN200710014809A CN101100381A CN 101100381 A CN101100381 A CN 101100381A CN A200710014809X A CNA200710014809X A CN A200710014809XA CN 200710014809 A CN200710014809 A CN 200710014809A CN 101100381 A CN101100381 A CN 101100381A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- citric acid
- tinbo
- nano
- powder
- acid solution
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
本发明提供了一种低温制备Bi3TiNbO9纳米粉体的方法,主要步骤如下:(1)将五氧化二铌在80-90℃下溶解于氢氟酸中,滴入氨水溶液调节pH值为8.5-9.5,得到氢氧化铌沉淀,将沉淀物过滤、洗涤后溶于柠檬酸水溶液中,形成Nb-柠檬酸溶液;(2)将钛酸四丁酯、五水合硝酸铋、乙二胺四乙酸及硝酸铵依次加入到Nb-柠檬酸溶液中,加热搅拌后得到前驱体凝胶;(3)将前驱体凝胶烧结,得到Bi3TiNbO9纳米粉体材料。本发明采用氧化还原燃烧法制备Bi3TiNbO9纳米粉体,具有制备工艺简单、合成温度低、反应时间短、产物粉体粒度小且分布均匀、物相纯度高等优点。制得的Bi3TiNbO9纳米粉体经热处理退火工艺后,实现了其颗粒尺寸的可控生长。
Description
技术领域
本发明涉及一种低温制备Bi3TiNbO9微纳米压电铁电粉体的方法,属于无机材料制备技术领域。
背景技术
为了保护生态环境和促进人类社会可持续发展,无铅压电铁电材料的研发及其应用已成为当前压电铁电材料领域研究的热点。其中,铋层状结构材料具有高居里温度Tc、低介电常数、低老化率、高电阻率、高介电击穿强度及明显的机电耦合系数各向异性等优异的性能,在信息、航天、激光和生物等诸多高新科技领域里发挥着越来越重要的作用,成为替代传统铅基压电铁电材料的最具前途的无铅材料。
Bi3TiNbO9作为其典型代表,是铋层状结构压电铁电材料中居里温度最高的化合物(Tc=930℃),特别适合在高温、高频场合使用。Bi3TiNbO9具有压电介电性能各向异性大,电学特性优异,自发极化强、疲劳特性好,漏电流小的特点,不仅应用于滤波器、制动器、高压发生器、高温换能器及电光器件中,也成为广泛研究的非挥发随机存取储存器的很有希望的新一代材料。
目前,Bi3TiNbO9粉体均是采用传统的高温固相反应法制备,具有很大的局限性。该方法合成温度较高(900-1200℃),物料活性低,能量消耗大,反应难以控制,制备出的粉体粒径偏大(微米级),粒度分布不均匀,纯度、均一性都较差,容易引进杂质相,特别在高温下铋的挥发性,导致产物化学计量比不准确。为此,人们对于Bi3TiNbO9粉体的研究主要集中在开拓新的低温制备方法上。
发明内容
本发明针对现有高温固相法制备Bi3TiNbO9粉体存在的问题,提供一种低温制备Bi3TiNbO9微纳米压电铁电粉体的方法,该方法制备出的Bi3TiNbO9粉体粒度分布均匀、纯度较高、组分达到分子级混合,通过热退火工艺处理后,能够实现对其颗粒大小在纳米至微米范围内的可控生长。
本发明低温制备Bi3TiNbO9微纳米压电铁电粉体的方法包括以下步骤:
(1)将五氧化二铌(Nb2O5)在80-90℃下溶解于40%的氢氟酸(HF)中,然后向其中滴入氨水(NH3·H2O)溶液至pH值为8.5-9.5,形成白色氢氧化铌(Nb(OH)5)沉淀物,室温下陈化10-16小时,将沉淀物过滤、洗涤后溶于柠檬酸水溶液中,柠檬酸与Nb2O5的摩尔比为(8-16)∶1,形成透明的Nb-柠檬酸溶液;
(2)按照摩尔比Nb5+∶Ti4+∶Bi3+∶EDTA=1∶1∶3∶(3-4.5)及NH4NO3∶柠檬酸=(3-6)∶1的比例将钛酸四丁酯(Ti(C4H9O)4)、五水合硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)、乙二胺四乙酸(EDTA)及硝酸铵(NH4NO3)依次加入到步骤(1)制取的Nb-柠檬酸溶液中,形成透明溶液,95-105℃下加热搅拌,得到浅黄色的前驱体凝胶;
(3)将该前驱体凝胶在450-800℃下烧结5-60分钟,即得到Bi3TiNbO9纳米粉体材料;
(4)将得到的Bi3TiNbO9纳米颗粒在500-900℃下退火处理5-120小时,即得到粒度大小分布在30nm-1μm的Bi3TiNbO9粉体。
本发明将柠檬酸和EDTA共同作为络合剂和燃烧剂,采用氧化还原燃烧法制备了Bi3TiNbO9纳米粉体,解决了固相反应合成温度高、粉体烧结活性差、粒度分布不均匀、成分偏离化学计量比等问题。该方法具有如下优点:(1)制备工艺简单,无需复杂设备;(2)合成温度低,反应时间短,粉末烧结活性高;(3)所得产物粉体粒度小且分布均匀,物相纯度高,化学稳定性好,组分可达到分子水平均匀分散。由于体系组成的均匀性、粒度的大小及分布等对Bi3TiNbO9材料的压电铁电性能影响很大,因此,利用热处理技术实现Bi3TiNbO9颗粒尺寸的可控生长,对陶瓷元器件的性能研究具有重要意义。
具体实施方式
实施例1
(1)将Nb2O5在80-90℃下溶解于40%的HF中,然后向其中滴入NH3·H2O溶液至pH值为8.5-9.5,形成白色Nb(OH)5沉淀物,室温下陈化10小时,将沉淀物过滤、洗涤后溶于柠檬酸水溶液中,柠檬酸与Nb2O5的摩尔比为8∶1,形成透明的Nb-柠檬酸溶液;
(2)按照摩尔比Nb5+∶Ti4+∶Bi3+∶EDTA=1∶1∶3∶3.3及NH4NO3∶柠檬酸=6∶1的比例将Ti(C4H9O)4、Bi(NO3)3·5H2O、EDTA及NH4NO3依次加入到步骤(1)制取的Nb-柠檬酸溶液中,形成透明溶液,95-105℃下加热搅拌,得到浅黄色的前驱体凝胶;
(3)将该前驱体凝胶在480℃下烧结50分钟,即可得到Bi3TiNbO9纳米粉体材料。
(4)将得到的Bi3TiNbO9纳米颗粒在550℃下退火处理6小时,即得到粒度大小分布在35nm--65nm的Bi3TiNbO9粉体。
实施例2
(1)将Nb2O5在80-90℃下溶解于40%的HF中,然后向其中滴入NH3·H2O溶液至pH值为8.5-9.5,形成白色Nb(OH)5沉淀物,室温下陈化10小时,将沉淀物过滤、洗涤后溶于柠檬酸水溶液中,柠檬酸与Nb2O5的摩尔比为12∶1,形成透明的Nb-柠檬酸溶液;
(2)按照摩尔比Nb5+∶Ti4+∶Bi3+∶EDTA=1∶1∶3∶3.3及NH4NO3∶柠檬酸=5∶1的比例将Ti(C4H9O)4、Bi(NO3)3·5H2O、EDTA及NH4NO3依次加入到步骤(1)制取的Nb-柠檬酸溶液中,形成透明溶液,95-105℃下加热搅拌,得到浅黄色的前驱体凝胶;
(3)将该前驱体凝胶在600℃下烧结15分钟,即可得到Bi3TiNbO9纳米粉体材料。
(4)将得到的Bi3TiNbO9纳米颗粒在650℃下退火处理30小时,即得到粒度大小分布在120-130nm的Bi3TiNbO9粉体。
实施例3
(1)将Nb2O5在80-90℃下溶解于40%的HF中,然后向其中滴入NH3·H2O溶液至pH值为8.5-9.5,形成白色Nb(OH)5沉淀物,室温下陈化12小时,将沉淀物过滤、洗涤后溶于柠檬酸水溶液中,柠檬酸与Nb2O5的摩尔比为16∶1,形成透明的Nb-柠檬酸溶液;
(2)按照摩尔比Nb5+∶Ti4+∶Bi3+∶EDTA=1∶1∶3∶3.6及NH4NO3∶柠檬酸=5∶1的比例将Ti(C4H9O)4、Bi(NO3)3·5H2O、EDTA及NH4NO3依次加入到步骤(1)制取的Nb-柠檬酸溶液中,形成透明溶液,95-105℃下加热搅拌,得到浅黄色的前驱体凝胶;
(3)将该前驱体凝胶在700℃下烧结10分钟,即可得到Bi3TiNbO9纳米粉体材料。
(4)将得到的Bi3TiNbO9纳米颗粒在700℃下退火处理40小时,即得到粒度大小分布在200-300nm的Bi3TiNbO9粉体。
实施例4
(1)将Nb2O5在80-90℃下溶解于40%的HF中,然后向其中滴入NH3·H2O溶液至pH值为8.5-9.5,形成白色Nb(OH)5沉淀物,室温下陈化16小时,将沉淀物过滤、洗涤后溶于柠檬酸水溶液中,柠檬酸与Nb2O5的摩尔比为14∶1,形成透明的Nb-柠檬酸溶液;
(2)按照摩尔比Nb5+∶Ti4+∶Bi3+∶EDTA=1∶1∶3∶4.2及NH4NO3∶柠檬酸=4.5∶1的比例将Ti(C4H9O)4、Bi(NO3)3·5H2O、EDTA及NH4NO3依次加入到步骤(1)制取的Nb-柠檬酸溶液中,形成透明溶液,95-105℃下加热搅拌,得到浅黄色的前驱体凝胶;
(3)将该前驱体凝胶在750℃下烧结8分钟,即可得到Bi3TiNbO9纳米粉体材料。
(4)将得到的Bi3TiNbO9纳米颗粒在780℃下退火处理100小时,即得到粒度大小分布在600nm-900μm的Bi3TiNbO9粉体。
实施例5
(1)将Nb2O5在80-90℃下溶解于40%的HF中,然后向其中滴入NH3·H2O溶液至pH值为8.5-9.5,形成白色Nb(OH)5沉淀物,室温下陈化12小时,将沉淀物过滤、洗涤后溶于柠檬酸水溶液中,柠檬酸与Nb2O5的摩尔比为16∶1,形成透明的Nb-柠檬酸溶液;
(2)按照摩尔比Nb5+∶Ti4+∶Bi3+∶EDTA=1∶1∶3∶3.3及NH4NO3∶柠檬酸=6∶1的比例将Ti(C4H9O)4、Bi(NO3)3·5H2O、EDTA及NH4NO3依次加入到步骤(1)制取的Nb-柠檬酸溶液中,形成透明溶液,95-105℃下加热搅拌,得到浅黄色的前驱体凝胶;
(3)将该前驱体凝胶在550℃下烧结15分钟,即可得到Bi3TiNbO9纳米粉体材料。
(4)将步骤(3)制得的Bi3TiNbO9纳米颗粒在600℃下热退火处理8小时,即可得到粒度可控的Bi3TiNbO9粉体,粒度大小分布在60-70nm。
实施例6
(1)将Nb2O5在80-90℃下溶解于40%的HF中,然后向其中滴入NH3·H2O溶液至pH值为8.5-9.5,形成白色Nb(OH)5沉淀物,室温下陈化16小时,将沉淀物过滤、洗涤后溶于柠檬酸水溶液中,柠檬酸与Nb2O5的摩尔比为12∶1,形成透明的Nb-柠檬酸溶液;
(2)按照摩尔比Nb5+∶Ti4+∶Bi3+∶EDTA=1∶1∶3∶3.6及NH4NO3∶柠檬酸=5∶1的比例将Ti(C4H9O)4、Bi(NO3)3·5H2O、EDTA及NH4NO3依次加入到步骤(1)制取的Nb-柠檬酸溶液中,形成透明溶液,95-105℃下加热搅拌,得到浅黄色的前驱体凝胶;
(3)将该前驱体凝胶在550℃下烧结30分钟,即可得到Bi3TiNbO9纳米粉体材料。
(4)将步骤(3)制得的Bi3TiNbO9纳米颗粒在700℃下热退火处理80小时,即可得到粒度可控的Bi3TiNbO9粉体,粒度大小分布在400-600nm。
Claims (1)
1.一种低温制备Bi3TiNbO9微纳米压电铁电粉体的方法,包括以下步骤:
(1)将五氧化二铌在80-90℃下溶解于40%的氢氟酸中,然后向其中滴入氨水溶液至pH值为8.5-9.5,形成白色氢氧化铌沉淀物,室温下陈化10-16小时,将沉淀物过滤、洗涤后溶于柠檬酸水溶液中,柠檬酸与Nb2O5的摩尔比为(8-16)∶1,形成透明的Nb-柠檬酸溶液;
(2)按照摩尔比Nb5+∶Ti4+∶Bi3+∶EDTA=1∶1∶3∶(3-4.5)及NH4NO3∶柠檬酸=(3-6)∶1的比例将钛酸四丁酯、五水合硝酸铋、乙二胺四乙酸及NH4NO3依次加入到步骤(1)制取的Nb-柠檬酸溶液中,形成透明溶液,95-105℃下加热搅拌,得到浅黄色的前驱体凝胶;
(3)将该前驱体凝胶在450-800℃下烧结5-60分钟,即得到Bi3TiNbO9纳米粉体材料;
(4)将得到的Bi3TiNbO9纳米颗粒在500-900℃下退火处理5-120小时,即得到粒度大小分布在30nm-1μm的Bi3TiNbO9粉体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CNB200710014809XA CN100548919C (zh) | 2007-06-21 | 2007-06-21 | 一种低温制备Bi3TiNbO9微纳米压电铁电粉体的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CNB200710014809XA CN100548919C (zh) | 2007-06-21 | 2007-06-21 | 一种低温制备Bi3TiNbO9微纳米压电铁电粉体的方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN101100381A true CN101100381A (zh) | 2008-01-09 |
CN100548919C CN100548919C (zh) | 2009-10-14 |
Family
ID=39034865
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CNB200710014809XA Expired - Fee Related CN100548919C (zh) | 2007-06-21 | 2007-06-21 | 一种低温制备Bi3TiNbO9微纳米压电铁电粉体的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN100548919C (zh) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102180672A (zh) * | 2011-03-22 | 2011-09-14 | 南京航空航天大学 | 一种制备铌酸钾钠体系无铅压电陶瓷薄膜的方法 |
CN102276257A (zh) * | 2011-03-22 | 2011-12-14 | 南京航空航天大学 | 一种制备铌酸钾钠无铅压电陶瓷粉体的方法 |
CN101775289B (zh) * | 2009-12-25 | 2012-12-19 | 上海师范大学 | 铌酸钙掺铋纳米发光材料的合成方法 |
CN102898133A (zh) * | 2012-10-23 | 2013-01-30 | 中国科学技术大学 | 具有多铁性能的六层状结构钛铁镍酸铋陶瓷材料及其制备方法 |
CN106082338A (zh) * | 2016-06-13 | 2016-11-09 | 东北大学 | 一种纳米氧化物Ti2Nb10O29的制备方法 |
CN108558401A (zh) * | 2018-05-17 | 2018-09-21 | 韶关学院 | 一种溶胶凝胶法制备Bi2/3Cu2Ta2Ti2O12陶瓷粉体的方法 |
CN112807852A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-18 | 广东春夏新材料科技股份有限公司 | 一种纳米过滤滤芯材料及其生产工艺和应用 |
CN113321500A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-08-31 | 山东大学 | 一种高居里温度压电陶瓷及其制备方法 |
CN113797932A (zh) * | 2021-10-13 | 2021-12-17 | 陕西科技大学 | 一种掺杂型钛铌酸铋纳米片及其制备方法 |
CN113797919A (zh) * | 2021-10-13 | 2021-12-17 | 陕西科技大学 | 一种高暴露{001}晶面钛铌酸铋纳米片压电催化剂及其制备方法和应用 |
-
2007
- 2007-06-21 CN CNB200710014809XA patent/CN100548919C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101775289B (zh) * | 2009-12-25 | 2012-12-19 | 上海师范大学 | 铌酸钙掺铋纳米发光材料的合成方法 |
CN102180672A (zh) * | 2011-03-22 | 2011-09-14 | 南京航空航天大学 | 一种制备铌酸钾钠体系无铅压电陶瓷薄膜的方法 |
CN102276257A (zh) * | 2011-03-22 | 2011-12-14 | 南京航空航天大学 | 一种制备铌酸钾钠无铅压电陶瓷粉体的方法 |
CN102898133A (zh) * | 2012-10-23 | 2013-01-30 | 中国科学技术大学 | 具有多铁性能的六层状结构钛铁镍酸铋陶瓷材料及其制备方法 |
CN106082338A (zh) * | 2016-06-13 | 2016-11-09 | 东北大学 | 一种纳米氧化物Ti2Nb10O29的制备方法 |
CN108558401A (zh) * | 2018-05-17 | 2018-09-21 | 韶关学院 | 一种溶胶凝胶法制备Bi2/3Cu2Ta2Ti2O12陶瓷粉体的方法 |
CN112807852A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-18 | 广东春夏新材料科技股份有限公司 | 一种纳米过滤滤芯材料及其生产工艺和应用 |
CN112807852B (zh) * | 2020-12-31 | 2021-10-08 | 广东春夏新材料科技股份有限公司 | 一种纳米过滤滤芯材料及其生产工艺和应用 |
CN113321500A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-08-31 | 山东大学 | 一种高居里温度压电陶瓷及其制备方法 |
CN113797932A (zh) * | 2021-10-13 | 2021-12-17 | 陕西科技大学 | 一种掺杂型钛铌酸铋纳米片及其制备方法 |
CN113797919A (zh) * | 2021-10-13 | 2021-12-17 | 陕西科技大学 | 一种高暴露{001}晶面钛铌酸铋纳米片压电催化剂及其制备方法和应用 |
CN113797932B (zh) * | 2021-10-13 | 2024-03-08 | 陕西科技大学 | 一种掺杂型钛铌酸铋纳米片及其制备方法 |
CN113797919B (zh) * | 2021-10-13 | 2024-03-08 | 陕西科技大学 | 一种高暴露{001}晶面钛铌酸铋纳米片压电催化剂及其制备方法和应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN100548919C (zh) | 2009-10-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN100548919C (zh) | 一种低温制备Bi3TiNbO9微纳米压电铁电粉体的方法 | |
Villafuerte-Castrejón et al. | Towards lead-free piezoceramics: Facing a synthesis challenge | |
CN102180665A (zh) | 一种钪酸铋—钛酸铅高温压电陶瓷材料及其制备方法 | |
CN103603045B (zh) | 铒掺杂四方相钙钛矿结构钛酸铅单晶纳米纤维的制备方法 | |
CN102153350A (zh) | 一种铌酸钾纳米粉体的制备方法 | |
CN103102154A (zh) | Bi0.5Na0.5TiO3-BaTiO3–BiMg0.5Ti0.5O3无铅压电陶瓷材料 | |
CN101607823B (zh) | 一种压电陶瓷粉体的水热高温混合合成方法 | |
CN103739284A (zh) | 溶胶-凝胶自蔓燃法制备钛酸铋钠锶压电陶瓷的方法 | |
CN103242042A (zh) | 一种基于核壳结构三维微固相反应的多元氧化物纳米颗粒的制备方法 | |
CN108675336A (zh) | 微波与超声波双外场协同辅助液相合成稀土氧化物纳米球的方法 | |
Chang et al. | Formation mechanism of (001) oriented perovskite SrTiO3 microplatelets synthesized by topochemical microcrystal conversion | |
CN102320670A (zh) | 一种镍酸镧导电金属氧化物薄膜材料的制备方法 | |
CN106518071B (zh) | 一种高居里温度,高温度稳定性的压电陶瓷材料及其制备方法和应用 | |
CN103173866B (zh) | 一种毛刷状结构钛酸铅/氧化锌复合纳米纤维的制备方法 | |
CN103553574A (zh) | 一种高晶粒定向压电陶瓷材料的制备方法 | |
CN104556240B (zh) | 一种钛酸铋铁电薄膜的制备方法 | |
CN103265289A (zh) | 一种锰掺杂铌酸钾钠基无铅压电薄膜的制备方法 | |
CN102180672A (zh) | 一种制备铌酸钾钠体系无铅压电陶瓷薄膜的方法 | |
CN102134752B (zh) | 一种有机共晶铁电体的制备方法及该有机共晶铁电体 | |
CN101591176A (zh) | 一种合成Gd3Ga5O12(GGG)透明陶瓷纳米晶的方法 | |
CN102936042B (zh) | 一种微波水热法制备片状Bi7VO13粉体的方法 | |
CN113087514B (zh) | 一种具有弛豫铁电特性的无铅多铁材料及其制备方法 | |
CN114085080B (zh) | 一种稀土掺杂钽钛酸盐粉体及其制备方法 | |
CN102276257A (zh) | 一种制备铌酸钾钠无铅压电陶瓷粉体的方法 | |
CN103979957B (zh) | 一种提高退极化温度的钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡三元陶瓷的制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
C17 | Cessation of patent right | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20091014 Termination date: 20100621 |