CN101891466A - 一种板状钛酸钡纳米粉体的制备方法 - Google Patents

一种板状钛酸钡纳米粉体的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种板状钛酸钡纳米粉体的制备方法，明将络合剂柠檬酸溶解在氨水体系中，再加入反应的原料钛酸丁酯和醋酸钡，分别形成溶液A、B，在两者混合后再加入无水乙醇和聚乙二醇，配制成前驱体溶液；经水浴蒸发、干燥发泡得到干凝胶，将干凝胶在720～850℃恒温煅烧得纳米钛酸钡粉体。所得的纳米钛酸钡粉体为形状规则的板状，粒径大小为40～150nm；纯度高、分散性好，无BaCO3晶相的生成。

Description

一种板状钛酸钡纳米粉体的制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料的制备技术领域，涉及一种板状钛酸钡纳米粉体的制备方法。
背景技术
钛酸钡纳米粉体是一种白色的纳米级钛酸盐粉体材料，具有优异的电学性能，如高介电常数以及铁电、压电和正温度系数效应等。钛酸钡纳米粉体是电子陶瓷元器件的重要基础原料，主要用于介质陶瓷、敏感陶瓷的制造，被广泛应用于自动温控发热元件、多层陶瓷电容器、PTC热敏电阻器件、电光器件等领域。
目前钛酸钡纳米粉体的制备方法包括高温固相烧结法、溶胶-凝胶法、共沉淀法、水热法等。高温固相法具有工艺简单、成本低等优点，但存在粒径大、团聚严重、Ti/Ba比不易控制、产品纯度低、成品率低以及组分难以混合均匀而导致产物化学组成不均匀等缺点。传统的溶胶-凝胶法的缺点在于成本较高、处理温度较高、原始粒子容易团聚长大。共沉淀法生产效率较低，产物不易分离控制，且杂质较多。水热法需要特殊高压设备，其中氯盐易引起腐蚀问题，且容易形成团聚体。
发明内容
本发明解决的问题在于提供一种板状钛酸钡纳米粉体的制备方法，该方法工艺简单、生产周期短、所需设备简单，可制备出形状规则、分散性较好的板状钛酸钡纳米粉体。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种板状钛酸钡纳米粉体的制备方法，包括以下步骤：
1)将柠檬酸溶于体积浓度为25～28％的氨水中，氨水的量以能溶解柠檬酸为准，然后加入钛酸丁酯充分搅拌，配制成溶液A，其中，钛酸丁酯与柠檬酸的摩尔比为1∶1.5～2.5；
2)将柠檬酸溶于体积浓度为25～28％的氨水中，氨水的量以能溶解柠檬酸为准，然后加入醋酸钡充分搅拌，配制成溶液B，其中，醋酸钡与柠檬酸的摩尔比为1∶1.5～2.5；
3)按照钛酸丁酯与醋酸钡的摩尔比为1∶1的比例，将溶液A与溶液B充分混合，然后加入氨水总体积1/3～1/2的无水乙醇，并用氨水调PH值至5.0～7.0，再加入柠檬酸总质量1/3～1/2的聚乙二醇，配制成前驱体溶液；
4)将前驱体溶液在80～90℃水浴蒸发直至得到湿凝胶，然后再将湿凝胶在130～140℃干燥发泡5～7h得到干凝胶；
5)将干凝胶在720～850℃恒温煅烧，煅烧3～6h后取出得到板状钛酸钡纳米粉体。
所述的聚乙二醇的分子量为4000或6000。
所述的湿凝胶在空气氛围下进行干燥发泡。
所述的干凝胶在空气氛围下进行恒温煅烧。
所述的板状钛酸钡纳米粉体为疏松的板状钛酸钡纳米粉体，其粒径大小为40～100nm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
采用溶胶-凝胶法制备钛酸钡纳米粉体时，在凝胶的煅烧过程中，首先出现晶相TiO2，再由晶相TiO2与凝胶当中的络合物燃烧释放的Ba反应生成钛酸钡。通常的溶胶-凝胶法中，往往会出现晶相BaCO3，而BaCO3完全转化为钛酸钡较为困难，所以在制成的钛酸钡纳米粉体中往往在晶相会有BaCO3的残余。而本发明采用了与现有技术不同的分散体系以制成凝胶，在煅烧过程中避免了BaCO3晶相的生成，使得所得粉体更加纯净；而对煅烧过程中不同温度所得粉体的FTIR图谱的检测，也显示本发明在凝胶的煅烧过程中避免了BaCO3的生成，对最后生成的钛酸钡纳米粉体的XRD图谱检测显示，钛酸钡纳米粉体中没有其他杂相，特别是BaCO3晶相衍射峰的出现。
而且，本发明将络合剂柠檬酸溶解在氨水体系中，再加入反应的原料钛酸丁酯和醋酸钡，分别形成溶液A、B，在两者混合后再加入无水乙醇和聚乙二醇；由于配合溶胶的过程不同，使得形成的络合物结构发生区别，使得凝胶煅烧时颗粒的生长发生变化，从而导致了钛酸钡纳米粉体形貌的不同。本发明所得的粉体为形状规则的板状，粒径大小为40～150nm。
本发明提供的钛酸钡纳米粉体的制备方法，由于醋酸钙、钛酸丁酯完全反应将转化为钛酸钡，在此制备过程中没有引入氯离子等杂质，无需抽滤清洗工艺以去除杂质，可缩短制备周期；而且氨水、柠檬酸、聚乙二醇和反应所得的醋酸丁酯通过水浴蒸发而发挥除去，其余残留在煅烧过程中会被碳化而除去，所制备的纳米二氧化硅粉体的纯度高、分散性好。本发明提供的钛酸钡纳米粉体的制备方法，还具有生产工艺简单，操作方便，制备周期短，产率较高，设备投资少，成本低的优势。
附图说明
图1为不同煅烧温度下所得钛酸钡纳米粉体的FTIR图谱，其中，横坐标为波数，纵坐标为透光率，本发明制备的凝胶在400℃、580℃、600℃下煅烧都无BaCO3晶相的生成。
图2为钛酸钡纳米粉体的SEM照片，显示为规则的板状，粒径大小为40～150nm。
图3为钛酸钡纳米粉体的XRD图谱，横坐标为2θ角，纵坐标为强度，图谱中的衍射峰完全与BaTO3相符，并无其他杂相，特别是BaCO3晶相衍射峰的出现。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对板状钛酸钡纳米粉体的制备方法做详细的说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
钛酸钡纳米粉体的制备方法，包括以下步骤：
1)将柠檬酸192.14g(1mol)溶于体积浓度为25％的300ml氨水中，然后加入1.5mol的钛酸丁酯充分搅拌，配制成溶液A；
2)将柠檬酸192.14g(1mol)溶于体积浓度为25％的300ml氨水中，然后加入1.5mol的醋酸钡充分搅拌，配制成溶液B；
3)按照钛酸丁酯与醋酸钡的摩尔比为1∶1的比例，将溶液A与溶液B充分混合，加入无水乙醇200ml后用氨水调PH值至5.0，再加入64.05g的聚乙二醇(PEG4000)配制成前驱体溶液；
4)将前驱体溶液在80℃水浴蒸发直至得到湿凝胶，然后再将湿凝胶在130℃、空气氛围下干燥发泡7h得到干凝胶；
5)将干凝胶在720℃恒温、空气氛围下煅烧，煅烧6h后取出得到疏松的板状钛酸钡纳米粉体。
本发明制成的凝胶，在煅烧过程中避免了BaCO3晶相的生成，而如图1所示的对煅烧过程中不同温度(400℃、580℃、600℃)所得粉体的FTIR图谱的检测，这说明凝胶的煅烧过程中避免了BaCO3的生成，而与温度无关。
720℃煅烧所得的钛酸钡纳米粉体的SEM照片如图2所示，XRD图谱如图3所示，可以看到钛酸钡纳米粉体呈规则的板状形状，粒径大小为40～150nm；而且纯度高，XRD图谱的衍射峰显示无其他杂相。
实施例2
钛酸钡纳米粉体的制备方法，包括以下步骤：
1)将柠檬酸192.14g(1mol)溶于体积浓度为28％的300ml氨水中，然后加入2.5mol的钛酸丁酯充分搅拌，配制成溶液A；
2)将柠檬酸192.14g(1mol)溶于体积浓度为28％的300ml氨水中，然后加入2.5mol的醋酸钡充分搅拌，配制成溶液B；
3)按照钛酸丁酯与醋酸钡的摩尔比为1∶1的比例，将溶液A与溶液B充分混合，加入无水乙醇300ml后用氨水调PH值至7.0，再加入96.07g的聚乙二醇(PEG6000)配制成前驱体溶液；
4)将前驱体溶液在90℃水浴蒸发直至得到湿凝胶，然后再将湿凝胶在140℃、空气氛围下干燥发泡5h得到干凝胶；
5)将干凝胶在850℃恒温、空气氛围下煅烧，煅烧3h后取出得到疏松的板状钛酸钡纳米粉体。
实施例3
钛酸钡纳米粉体的制备方法，包括以下步骤：
1)将柠檬酸192.14g(1mol)溶于体积浓度为28％的300ml氨水中，然后加入2mol的钛酸丁酯充分搅拌，配制成溶液A；
2)将柠檬酸192.14g(1mol)溶于体积浓度为28％的300ml氨水中，然后加入2mol的醋酸钡充分搅拌，配制成溶液B；
3)按照钛酸丁酯与醋酸钡的摩尔比为1∶1的比例，将溶液A与溶液B充分混合，加入无水乙醇250ml后用氨水调PH值至6.0，再加入75g的聚乙二醇(PEG4000)配制成前驱体溶液；
4)将前驱体溶液在85℃水浴蒸发直至得到湿凝胶，然后再将湿凝胶在135℃、空气氛围下干燥发泡6h得到干凝胶；
5)将干凝胶在800℃恒温、空气氛围下煅烧，煅烧4h后取出得到疏松的板状钛酸钡纳米粉体。
实施例4
钛酸钡纳米粉体的制备方法，包括以下步骤：
1)将柠檬酸192.14g(1mol)溶于体积浓度为25％的300ml氨水中，然后加入1.8mol的钛酸丁酯充分搅拌，配制成溶液A；
2)将柠檬酸192.14g(1mol)溶于体积浓度为28％的300ml氨水中，然后加入1.8mol的醋酸钡充分搅拌，配制成溶液B；
3)按照钛酸丁酯与醋酸钡的摩尔比为1∶1的比例，将溶液A与溶液B充分混合，加入无水乙醇280ml后用氨水调PH值至5.8，再加入80g的聚乙二醇(PEG6000)配制成前驱体溶液；
4)将前驱体溶液在86℃水浴蒸发直至得到湿凝胶，然后再将湿凝胶在138℃、空气氛围下干燥发泡5.5h得到干凝胶；
5)将干凝胶在750℃恒温、空气氛围下煅烧，煅烧4.5h后取出得到疏松的板状钛酸钡纳米粉体。
实施例5
钛酸钡纳米粉体的制备方法，包括以下步骤：
1)将柠檬酸192.14g(1mol)溶于体积浓度为28％的300ml氨水中，然后加入1.6mol的钛酸丁酯充分搅拌，配制成溶液A；
2)将柠檬酸192.14g(1mol)溶于体积浓度为28％的300ml氨水中，然后加入1.6mol的醋酸钡充分搅拌，配制成溶液B；
3)按照钛酸丁酯与醋酸钡的摩尔比为1∶1的比例，将溶液A与溶液B充分混合，加入无水乙醇260ml后用氨水调PH值至7.0，再加入90g的聚乙二醇(PEG6000)配制成前驱体溶液；
4)将前驱体溶液在82℃水浴蒸发直至得到湿凝胶，然后再将湿凝胶在132℃、空气氛围下干燥发泡6h得到干凝胶；
5)将干凝胶在820℃恒温、空气氛围下煅烧，煅烧5h后取出得到疏松的板状钛酸钡纳米粉体。

Claims (5)

1.一种板状钛酸钡纳米粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将柠檬酸溶于体积浓度为25～28％的氨水中，氨水的量以能溶解柠檬酸为准，然后加入钛酸丁酯充分搅拌，配制成溶液A，其中，钛酸丁酯与柠檬酸的摩尔比为1∶1.5～2.5；
2)将柠檬酸溶于体积浓度为25～28％的氨水中，氨水的量以能溶解柠檬酸为准，然后加入醋酸钡充分搅拌，配制成溶液B，其中，醋酸钡与柠檬酸的摩尔比为1∶1.5～2.5；
3)按照钛酸丁酯与醋酸钡的摩尔比为1∶1的比例，将溶液A与溶液B充分混合，然后加入氨水总体积1/3～1/2的无水乙醇，并用氨水调PH值至5.0～7.0，再加入柠檬酸总质量1/3～1/2的聚乙二醇，配制成前驱体溶液；
4)将前驱体溶液在80～90℃水浴蒸发直至得到湿凝胶，然后再将湿凝胶在130～140℃干燥发泡5～7h得到干凝胶；
5)将干凝胶在720～850℃恒温煅烧，煅烧3～6h后取出得到板状钛酸钡纳米粉体。
2.如权利要求1所述的板状钛酸钡纳米粉体的制备方法，其特征在于，所述的聚乙二醇的分子量为4000或6000。
3.如权利要求1所述的板状钛酸钡纳米粉体的制备方法，其特征在于，所述的湿凝胶在空气氛围下进行干燥发泡。
4.如权利要求1所述的板状钛酸钡纳米粉体的制备方法，其特征在于，所述的干凝胶在空气氛围下进行恒温煅烧。
5.如权利要求1所述的钛酸钡纳米粉体的制备方法，其特征在于，所述的板状钛酸钡纳米粉体为疏松的板状钛酸钡纳米粉体，其粒径大小为40～100nm。
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