CN109607615B - 一种b位高熵钙钛矿氧化物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

类比高熵合金，本发明公开了一种新型B位高熵钙钛矿氧化物Ba(Zr1/6Sn1/6Ti1/6Hf1/6Nb1/6Ga1/6)O3,由原料BaCO3、ZrO2、SnO2、TiO2、HfO2、Nb2O5和Ga2O3混合、湿磨、烘干、预烧制备而成，具有操作方便、实用性强和便于推广应用的特点。

Description

一种B位高熵钙钛矿氧化物及其制备方法

技术领域

本发明涉及钙钛矿氧化物技术领域，具体是一种B位高熵钙钛矿氧化物及其制备方法。

背景技术

高熵合金是由五种或五种以上元素按照等原子比或近等原子比的原则合金化，形成高熵固溶体的一类合金，由于各组元间较高的混合熵而倾向于形成固溶体，使其具有较高的热稳定性、高强度、高硬度、耐磨性好、抗氧化性能好和抗腐蚀能力强等特性，因此高熵合金成为一种极具发展潜力的新兴材料，在工程应用方面具有极大的前景。

钙钛矿氧化物是与钙钛矿BaTiO₃结构相同的一类化合物，钙钛矿结构可以用ABO₃表示，A位阳离子呈12配位结构，位于立方晶胞的12个顶点位置，B位阳离子呈6配位结构，位于立方晶胞的体心位置，O离子位于6个面心位置。钙钛矿氧化物容差因子t值按公式

计算，其中R_A、R_B、R_O分别代表A位阳离子半径、B位阳离子半径、氧离子半径。根据文献可知，t越接近于1时越容易形成单相钙钛矿结构。

发明内容

类比高熵合金，本发明设计出一种新型B位高熵钙钛矿氧化物Ba(Zr_1/6Sn_1/6Ti_{1/ 6}Hf_1/6Nb_1/6Ga_1/6)O₃,目前尚未见这种B位高熵钙钛矿氧化物的相关报道。

本发明保护一种B位高熵钙钛矿氧化物，其化学分子式为Ba(Zr_1/6Sn_1/6Ti_1/6Hf_{1/ 6}Nb_1/6Ga_1/6)O₃。

本发明还保护一种B位高熵钙钛矿氧化物的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将原料BaCO₃、ZrO₂、SnO₂、TiO₂、HfO₂、Nb₂O₅和Ga₂O₃按照分子式Ba(Zr_1/6Sn_{1/ 6}Ti_1/6Hf_1/6Nb_1/6Ga_1/6)O₃的化学计量比进行精确称量，然后混合，混合氧化物中Zr⁴⁺离子、Sn⁴⁺离子、Ti⁴⁺离子、Hf⁴⁺离子、Nb⁵⁺离子、Ga³⁺离子按等原子比混合，即Zr⁴⁺离子1/6、Sn⁴⁺离子1/6、Ti⁴⁺离子1/6、Hf⁴⁺离子1/6、Nb⁵⁺离子1/6、Ga³⁺离子1/6；

步骤2：研磨混合好的原料；

步骤3：烘干研磨后的粉料，并在1300～1400℃温度下预烧6～10h得到B位高熵钙钛矿氧化物。

进一步的，所述步骤2中的研磨为在研磨钵中加入无水乙醇湿磨4h以上，无水乙醇至少要没过原料。

进一步的，所述步骤3中，烘干温度为70℃，干燥时间不少于24h。

进一步的，所述步骤4中，预烧温度为1400℃，预烧时间为8h，升温速率为3-5℃/min。

本发明公开及制备的B位高熵钙钛矿氧化物，其制备方法具有操作方便、实用性强和便于推广应用的特点；B位高熵钙钛矿氧化物在结构上，首次实现B位6种元素的固溶，具有比普通固溶体更高的固溶度，通过进一步改变不同的阳离子组合或者在等原子比的基础上进行组分上的微调，便于实现性能按需调控。

附图说明

图1为本发明制备的B位高熵钙钛矿氧化物的XRD图谱；

图2为本发明制备的B位高熵钙钛矿氧化物的EDS图谱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

实施例1

一种B位高熵钙钛矿氧化物，其化学组成为：Ba(Zr_1/6Sn_1/6Ti_1/6Hf_1/6Nb_1/6Ga_1/6)O₃，其制备方法包括以下步骤：

步骤1：将原料BaCO₃、ZrO₂、SnO₂、TiO₂、HfO₂、Nb₂O₅和Ga₂O₃按照分子式Ba(Zr_1/6Sn_{1/ 6}Ti_1/6Hf_1/6Nb_1/6Ga_1/6)O₃的化学计量比进行精确称量，具体为BaCO₃为1.2464g、ZrO₂为0.1232g、SnO₂为0.1507g、TiO₂为0.0799g、HfO₂为0.2107g、Nb₂O₅为0.1330g和Ga₂O₃为0.0947g，然后混合；

步骤2：将混合好的原料放入研磨钵中加入无水乙醇湿磨4h以上，无水乙醇至少要没过原料；

步骤3：烘干研磨后的粉料，烘干温度为70℃，干燥时间不少于24h；烘干后粉料放入马弗炉中，以5℃/min将温度升高到1400℃预烧8h得到B位高熵钙钛矿氧化物。

经实验分析，B位高熵钙钛矿氧化物Ba(Zr_1/6Sn_1/6Ti_1/6Hf_1/6Nb_1/6Ga_1/6)O₃具有以下特点：

1.结构确定：不同物质都有特定的原子种类、原子排列方式和点阵参数，在X射线作用下，晶体的不同晶面发生各自的衍射，呈现出特定的衍射花样，因此采用X射线粉末衍射，确定样品的结构。这里采用的仪器是日本理学SmartLab型X射线衍射仪，其扫描角度范围：2θ＝20-80°，扫描速度为5°/min，步长为0.01°，得到的粉末衍射结果如图1所示。

2.形貌确定：采用场发射扫描电子显微镜，观测B位高熵钙钛矿氧化物Ba(Zr_{1/ 6}Sn_1/6Ti_1/6Hf_1/6Nb_1/6Ga_1/6)O₃的形貌,这里采用德国蔡司SUPRA 55型号的场发射扫描电子显微镜-能谱仪，得到EDS面扫描结果如图2所示。

显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域及相关领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种B位高熵钙钛矿氧化物的制备方法，其特征在于，其化学分子式为Ba(Zr_1/6Sn_{1/ 6}Ti _1/6Hf_1/6Nb_1/6Ga_1/6)O₃，其制备方法包括以下步骤：

步骤1：将原料BaCO₃、ZrO₂、SnO₂、TiO₂、HfO₂、Nb₂O₅和Ga₂O₃按照分子式Ba(Zr_1/6Sn_1/6Ti _{1/ 6}Hf_1/6Nb_1/6Ga_1/6)O₃的化学计量比进行精确称量，然后混合；

步骤2：研磨混合好的原料，研磨过程为在研磨钵中加入无水乙醇湿磨4h以上，无水乙醇至少要没过原料；

步骤3：烘干研磨后的粉料，并在1400℃温度下预烧8h得到B位高熵钙钛矿氧化物，升温速率控制在3-5℃/min。

2.根据权利要求1所述的B位高熵钙钛矿氧化物的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，烘干温度为70℃，干燥时间不少于24h。

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