CN111041548B - 一种板状钛酸铋钠模板晶粒及其制备方法和应用 - Google Patents
一种板状钛酸铋钠模板晶粒及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111041548B CN111041548B CN201911149470.3A CN201911149470A CN111041548B CN 111041548 B CN111041548 B CN 111041548B CN 201911149470 A CN201911149470 A CN 201911149470A CN 111041548 B CN111041548 B CN 111041548B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tio
- plate
- nacl
- template
- precursor
- 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.)
- Active
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 38
- FSAJRXGMUISOIW-UHFFFAOYSA-N bismuth sodium Chemical compound [Na].[Bi] FSAJRXGMUISOIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 11
- 229910002115 bismuth titanate Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 11
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 8
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 66
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 53
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 46
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 38
- WMWLMWRWZQELOS-UHFFFAOYSA-N bismuth(iii) oxide Chemical compound O=[Bi]O[Bi]=O WMWLMWRWZQELOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims abstract description 24
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 19
- 229910003237 Na0.5Bi0.5TiO3 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 15
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 10
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 26
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 26
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- 241000276425 Xiphophorus maculatus Species 0.000 claims description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 4
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 abstract description 43
- 229910010252 TiO3 Inorganic materials 0.000 abstract description 29
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 24
- SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N silver(I) nitrate Inorganic materials [Ag+].[O-]N(=O)=O SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 15
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 13
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 11
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 description 11
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 11
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 5
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 5
- 238000002525 ultrasonication Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- JWDYCNIAQWPBHD-UHFFFAOYSA-N 1-(2-methylphenyl)glycerol Chemical compound CC1=CC=CC=C1OCC(O)CO JWDYCNIAQWPBHD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003746 solid phase reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B1/00—Single-crystal growth directly from the solid state
- C30B1/10—Single-crystal growth directly from the solid state by solid state reactions or multi-phase diffusion
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/16—Oxides
- C30B29/22—Complex oxides
- C30B29/32—Titanates; Germanates; Molybdates; Tungstates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/60—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape characterised by shape
- C30B29/64—Flat crystals, e.g. plates, strips or discs
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
- H10N30/853—Ceramic compositions
- H10N30/8542—Alkali metal based oxides, e.g. lithium, sodium or potassium niobates
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
- H10N30/853—Ceramic compositions
- H10N30/8561—Bismuth-based oxides
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
本发明属于压电材料技术领域，公开了一种板状钛酸铋钠(Na0.5Bi0.5TiO3)模板晶粒及其制备方法和应用。所述板状钛酸铋钠模板晶粒是先将Bi2O3、TiO2、熔盐和乙醇，加入ZrO2球进行球磨，烘干，在1000～1200℃下烧结，所得粉体经超声洗涤后，得到前驱体Bi4Ti3O12；然后将前驱体Bi4Ti3O12加入Na2CO3、TiO2、NaCl和乙醇进行球磨混合，烘干后在760～840℃下烧结，所得粉体再经洗涤后制得。板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒的粒径为5～20μm、厚度为0.76～1.2μm，具有高的方向比，且形状为规则的四方形，该模板可应用在织构化无铅压电陶瓷领域中。
Description
技术领域
本发明属于压电材料技术领域，更具体地，涉及一种板状钛酸铋钠(Na0.5Bi0.5TiO3)模板晶粒及其制备方法和应用。
背景技术
自从1880年发现压电效应以来，人类从来没有停止过对压电材料的研究。它无论在民用仪器还是军用武器上面的驱动器、传感器、换能器，压电材料都是必不可少的、无可代替的。因此各国都争先恐后地在压电材料的研究上做了一系列的工作。过去的几十年，无论是在应用还是理论研究上面，铅基压电陶瓷一直占据着主流，例如PZT,PMN-PT,PIN-PM-N-PT等，它们都有很好的压电性能。然而，铅基压电陶瓷有一个最为致命的缺点是含有铅，它会对环境造成污染，这与目前各国倡导的环境友好型社会大相径庭。于是，近年来，越来越多的科研人员一直在寻找一种无铅材料来代替铅基压电陶瓷。
KNN系、BT系、NBT系是目前发现的有可能代替铅基材料的三大体系，这其中NBT系无疑是最有希望的，因为它拥有不错的介电性和压电性，但是它与铅基压电陶瓷还是有点差距。因此人们一直在研究一种可以提高NBT基压电陶瓷性能的方法，然而织构化技术可以大幅度地提高NBT基的压电性能。
关于织构化技术，模板晶粒生长(TGG)和反应模板晶粒生长(RTGG)是最为简单有效的方法。模板晶粒生长(TGG)和反应模板晶粒生长(RTGG)中最为重要的一个步骤就是要有各向异性的模板晶粒，而最好的模板晶粒还是NBT本身。NBT通过传统的固相反应或者一步熔盐合成是很难得到的，因为它属于钙钛矿类型，具有很高的对称性，从而自发地长成立方结构。Wei Zhao et al,Mengjia Wu et al,Sinan Dursun et al通过拓扑化学反应制得了板状的NBT模板晶粒，但从工艺和板状形貌来看，它们还有待改善。
Wei Zhao et al通过三步法得到板状的NBT，从形貌来看是非常不规则的片状，而且这些片状晶粒还有表面缺陷；Mengjia Wu et al通过两步法得到板状的NBT，虽然这些片状晶粒没有表面缺陷，但是形貌是不规则的；Sinan Dursun et al基于Wei Zhao et al的三步法基础上加入过量的Na2CO3得到的形貌规则的片状晶粒，但片子的厚度过厚，产物有Bi2O3，而去除Bi2O3增加了一道工序，同时去除Bi2O3会用到硝酸会对环境造成污染；王卓等人在2019年发明了一步熔盐法合成NBT，但是从形貌来看是不规则的。此外这些NBT的合成温度均高于900℃，这相对于本发明的合成温度高。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明的目的在于提供了一种板状钛酸铋钠(Na0.5Bi0.5TiO3)模板晶粒。该模板晶粒呈现出片状，径向尺寸为5～20μm，厚度为0.76～1.2μm，具有很好的方向比，是模板晶粒生长(TGG)和反应模板晶粒生长(RTGG)的理想模板。
本发明另一目的在于提供了上述板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒的制备方法。该方法首先在熔盐下合成板状Bi4Ti3O12前驱体，然后该前驱体与过量的Na2CO3、TiO2发生拓扑化学反应在760～840℃得到Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒。
本发明再一目的在于提供了上述板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒的应用。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种板状钛酸铋钠(Na0.5Bi0.5TiO3)模板晶粒，所述板状钛酸铋钠模板晶粒是先将Bi2O3、TiO2、熔盐和乙醇，加入ZrO2球进行球磨，烘干，在1000～1200℃下烧结，所得粉体经超声洗涤后，得到前驱体Bi4Ti3O12；然后将前驱体Bi4Ti3O12加入Na2CO3、TiO2、NaCl和乙醇进行球磨混合，烘干后在760～840℃下烧结，所得粉体再经洗涤后制得。
优选地，所述Bi2O3和TiO2的摩尔比为(2.01～2.03)：3。
优选地，所述熔盐为NaCl和KCl，其中，NaCl和KCl的摩尔比为1：(1～1.5)。
优选地，所述Bi2O3和TiO2的总质量、熔盐、ZrO2球和乙醇的质量比为1：(1～2)：(2～3)：(1～1.5)。
优选地，所述洗涤的试剂为80～120℃的去离子水，所述洗涤的次数为10～15次。
优选地，所述超声的时间为1～3h，所述球磨的时间为12～24h，所述搅拌的时间为1～3h。
优选地，所述前驱体Bi4Ti3O12：Na2CO3：TiO2的摩尔比为1：(2.3～2.9)：5；所述前驱体Bi4Ti3O12和NaCl的质量比为1：(2～2.3)；所述Bi4Ti3O12，Na2CO3，TiO2和NaCl的总重量与乙醇的质量比为1：(1～1.5)。
优选地，所述在1000～1200℃下烧结的时间为2～3h，所述在760～840℃下烧结的时间为2～4h。
所述的板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒的制备方法，包括如下具体步骤：
S1.将Bi2O3、TiO2、熔盐和乙醇进行球磨，烘干，在1000～1200℃下烧结，所得粉体经超声洗涤后，得前驱体Bi4Ti3O12；
S2.过量30～90mol％的Na2CO3、TiO2、NaCl和乙醇进行球磨的混合物；
S3.将前驱体Bi4Ti3O12加入混合物进行搅拌，烘干，在760～840℃下烧结，所得粉体经洗涤后，得到板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒。
所述的板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒在织构化无铅压电陶瓷领域中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明的板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒具有高的方向比，径向尺寸为5～20μm，厚度为0.76～1.2μm，是无铅压电陶瓷织构化所需要的理想模板晶粒。
2.本发明的板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒能成为NBT基织构化过程的模板晶粒，对于提高织构化NBT基压电陶瓷的致密度，取向度，压电性能，起到了积极的作用。
3.本发明在760～840℃的低温下合成，制作工艺简单，节能，适合大规模生产。
附图说明
图1为实施例1制得的板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒(Na2CO3过量30％摩尔；温度760℃)的SEM照片。
图2为实施例2制得的板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒(Na2CO3过量30％摩尔；温度840℃)的SEM照片。
图3为实施例3制得的板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒(Na2CO3过量90％摩尔；温度760℃)的SEM照片。
图4为实施例4制得的板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒(Na2CO3过量90％摩尔；温度840℃)的SEM照片。
图5为对比例1制得的板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒(Na2CO3过量0％摩尔；温度760℃)的SEM照片。
图6为对比例2制得的板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒(Na2CO3过量0％摩尔；温度840℃)的SEM照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1
1.Bi2O3和TiO2按化学反应方程式程2Bi2O3+3TiO2→Bi4Ti3O12进行计算，其中Bi2O3过量1％。NaCl和KCl(NaCl:KCl摩尔比为1:1)与反应原料(Bi2O3和TiO2)的重量比为1:1。称取Bi2O3(纯度为99.9％)9.6489g，TiO2(纯度为99.8％)2.4611g，NaCl(纯度为99.5％)5.2994g，KCl(纯度为99.5％)6.7609g放进球磨罐，加入36ml乙醇和60gZrO2球，球磨12h，然后烘干，将所得粉体放进AlO2刚玉坩埚，加上盖子，以速率为3℃/min升温至1000℃烧结2h，所得加入去离子水，进行超声分散2h。超声完成后，用80℃的去离子水洗12次，最后用AgNO3溶液检测Cl-不存在，制得Bi4Ti3O12前驱体。
2.Bi4Ti3O12、Na2CO3、TiO2按化学反应方程式Bi4Ti3O12+2Na2CO3+5TiO2→8Na0.5Bi0.5TiO3+2CO2进行计算。其中，Na2CO3过量30％摩尔。经过计算后，将Na2CO3(纯度为99.8％)0.6726g，TiO2(纯度为99.8％)1.1017g，NaCl(纯度为99.5％)10.0503g放进球磨罐，加入15ml酒精和45gZrO2球，球磨24h。用滴管将混合的液体移至烧杯，准确称取Bi4Ti3O12前驱体3.2257g放进此烧杯，加上转子，在热的磁力搅拌器上进行搅拌，搅拌的时间为1.5h，经干燥后的混合粉放进AlO2刚玉坩埚，加上盖子。以速率5℃/min升温至760℃烧结3h，所得粉体加入去离子水，进行超声1h分散。超声完成后，用80℃的去离子水洗10次，最后用AgNO3溶液检测Cl-至其不存在，制得板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒。
图1为实施例1制得的板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒(Na2CO3过量30％摩尔；温度760℃)的SEM照片。从图1中可以看出，Na0.5Bi0.5TiO3是片状形貌，而且为规则的四方形，其中片状的大小为10～20μm，厚度为0.76μm，具有高的方向比(水平方向的长度与垂直方向上的厚度的比值)，是理想的模板晶粒。
实施例2
1.Bi2O3和TiO2按照化学反应方程式：2Bi2O3+3TiO2→Bi4Ti3O12进行计算。其中Bi2O3过量3％摩尔。熔盐原料(NaCl:KCl摩尔比1：1)与反应原料(Bi2O3和TiO2)的重量比为1：1。经过计算后，将Bi2O3(纯度为99.9％)9.8400g，TiO2(纯度为99.8％)2.4611g，NaCl(纯度为99.5％)5.2994g，KCl(纯度为99.5％)6.7609g混合放进球磨罐，加入24ml乙醇和70gZrO2球，球磨18h，然后烘干，烘干后的粉放进AlO2刚玉坩埚、加上盖子。以速率为4℃/min升温至1030℃烧结2h，所得粉体加入去离子水，进行超声3h分散。超声完成后，用80℃的去离子水洗15次，最后用AgNO3溶液检测Cl-至其不存在，制得Bi4Ti3O12前驱体。
2.Bi4Ti3O12、Na2CO3、TiO2按化学反应方程式：Bi4Ti3O12+2Na2CO3+5TiO2→8Na0.5Bi0.5TiO3+2CO2进行计算。其中，Na2CO3按过量90％摩尔。将Na2CO3(纯度为99.8％)1.6385g，TiO2(纯度为99.8％)2.1288g，NaCl(纯度为99.5％)20.1005g混合放进球磨罐，加入25ml酒精和75gZrO2球，球磨16h。用滴管将混合的液体移至烧杯，准确称取Bi4Ti3O12前驱体6.2327g放进此烧杯，加上转子，在热的磁力搅拌器上进行搅拌1.8h。经干燥后的混合粉放进AlO2刚玉坩埚，加上盖子。以速率为3℃/min升温至760℃烧结3h，所得粉体加入去离子水，进行超声1.5h分散。超声完成后，用80℃的去离子水洗12次，最后用AgNO3溶液检测Cl-至其不存在，制得板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒。
图2为本实施例制得的板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒(Na2CO3过量30％摩尔；温度840℃)的SEM照片。从图2中可以看出，Na0.5Bi0.5TiO3是片状形貌，而且为规则的四方形，其中片状的大小为5～20μm，厚度为1μm，具有高的方向比，是理想的模板晶粒。
实施例3
1.Bi2O3和TiO2按化学反应方程式：2Bi2O3+3TiO2→Bi4Ti3O12进行计算，其中，Bi2O3过量3％摩尔。熔盐原料(NaCl:KCl摩尔比为1:1)和反应原料(Bi2O3和TiO2)的重量比为1：1。将Bi2O3(纯度为99.9％)9.8400g，TiO2(纯度为99.8％)2.4611g，NaCl(纯度为99.5％)5.2994g，KCl(纯度为99.5％)6.7609g混合放进球磨罐，加入30ml酒精和60gZrO2球，球磨15h，然后烘干，烘干后的所得粉体放进AlO2刚玉坩埚、加上盖子。以速率为4℃/min升温至1050℃烧结2h，所得粉体加入去离子水，进行超声2.5h分散。超声完成后，用90℃的去离子水洗13次，最后用AgNO3溶液检测Cl-至其不存在，制得Bi4Ti3O12前驱体。
2.Bi4Ti3O12、Na2CO3、TiO2照化学反应方程式：Bi4Ti3O12+2Na2CO3+5TiO2→8Na0.5Bi0.5TiO3+2CO2进行计算。其中，Na2CO3过量90％摩尔。经过计算后，将Na2CO3(纯度为99.8％)1.3451g，TiO2(纯度为99.8％)2.2035g，NaCl(纯度为99.5％)20.1005g各原料混合放进球磨罐，加入26ml酒精和72gZrO2球，球磨20h。用滴管将混合的液体移至烧杯，准确称取Bi4Ti3O12前驱体6.4514g放进此烧杯，加上转子，在热的磁力搅拌器上进行搅拌1.5h。经干燥后的混合粉放进AlO2刚玉坩埚，加上盖子。以速率为4℃/min升温至840℃烧结3h，所得粉体加入去离子水，进行超声1h分散。超声完成后，用80℃的去离子水洗10次，最后用AgNO3溶液检测Cl-是值其不存在，制得板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒。
图3为实施例3制得的板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒(Na2CO3过量90％摩尔；温度760℃)的SEM照片。从图3中可以看出，Na0.5Bi0.5TiO3是片状形貌，而且为规则的四方形，其中片状的大小为5～20μm，厚度为0.89μm，具有高的方向比，是理想的模板晶粒。
实施例4
1.Bi2O3和TiO2按化学反应方程式：2Bi2O3+3TiO2→Bi4Ti3O12进行计算，其中Bi2O3过量3％摩尔。熔盐原料(NaCl:KCl摩尔为1:1.2)与反应原料(Bi2O3和TiO2)的重量比为1:1。将Bi2O3(纯度为99.9％)9.8400g，TiO2(纯度为99.8％)2.4611g，NaCl(纯度为99.5％)10.5988g，KCl(纯度为99.5％)13.5218g混合放进球磨罐，加入30ml酒精和60gZrO2球，球磨20h。然后烘干，烘干后的粉放进AlO2刚玉坩埚，加上盖子。以速率为5℃/min升温至1200℃烧结3h，将所得粉体加入去离子水，进行超声2.5h分散。超声完成后，用90℃的去离子水洗13次，最后用AgNO3溶液检测Cl-至其不存在，制得Bi4Ti3O12前驱体。
2.Bi4Ti3O12、Na2CO3、TiO2按化学反应方程式：Bi4Ti3O12+2Na2CO3+5TiO2→8Na0.5Bi0.5TiO3+2CO2进行计算。其中，Na2CO3过量90％摩尔。经过计算后，将Na2CO3(纯度为99.8％)0.8193g，TiO2(纯度为99.8％)1.0644g，NaCl(纯度为99.5％)10.0503g各原料混合放进球磨罐，加入17ml酒精和48gZrO2球，球磨13h。用滴管将混合的液体移至烧杯，准确称取Bi4Ti3O12前驱体3.1163g放进此烧杯，加上转子，在热的磁力搅拌器上进行搅拌，搅拌的时间为1.5h。经干燥后的混合粉放进AlO2刚玉坩埚、加上盖子。在840℃的高温炉中保温4小时，其中升降温速率为5℃/min，所得粉体加入去离子水，进行超声1h分散，超声完成后，用90℃的去离子水洗13次，最后用AgNO3溶液检测Cl-至不存在，制得板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒。
图4为实施例4制得的板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒(Na2CO3过量90％摩尔；温度840℃)的SEM照片。从图4中可以看出，Na0.5Bi0.5TiO3是片状形貌，而且为规则的四方形，其中片状的大小为5～20μm，厚度为1.2μm，具有高的方向比，是理想的模板晶粒。
对比例1
1.Bi2O3和TiO2按照化学反应方程式进行计算，具体反应方程式为：2Bi2O3+3TiO2→Bi4Ti3O12，其中Bi2O3过量1％。熔盐原料(NaCl:KCl＝1mol:1mol)与反应原料(Bi2O3和TiO2)的重量比为1:1。准确称取Bi2O3(纯度为99.9％)9.6489g，TiO2(纯度为99.8％)2.4611g，NaCl(纯度为99.5％)5.2994g，KCl(纯度为99.5％)6.7609g。它们放进球磨罐，加入36ml酒精和60gZrO2球，球磨12h。然后烘干。把粉放进AlO2刚玉坩埚、加上盖子。以速率为3℃/min升温至1000℃烧结2h，所得粉体加入去离子水，进行超声2h分散，超声完成后，用95℃的去离子水洗12次，最后用AgNO3溶液检测Cl-不存在，制得Bi4Ti3O12前驱体。
2.Bi4Ti3O12、Na2CO3、TiO2按化学反应方程式：Bi4Ti3O12+2Na2CO3+5TiO2→8Na0.5Bi0.5TiO3+2CO2进行计算。其中，Na2CO3按过量0％摩尔。经过计算后，准确称取Na2CO3(纯度为99.8％)0.5953g，TiO2(纯度为99.8％)1.1214g，NaCl(纯度为99.5％)10.0503g。各原料称量好之后放进球磨罐，加入16ml酒精和43gZrO2球，球磨18h。用滴管将混合的液体移至烧杯，准确称取Bi4Ti3O12前驱体3.2833g放进此烧杯，加上转子，在热的磁力搅拌器上进行搅拌1.5h。经干燥后的混合粉放进AlO2刚玉坩埚、加上盖子。以速率为5℃/min升温至760℃烧结2h，加入去离子水，进行超声1h分散，超声完成后，用80℃的去离子水洗10次，最后用AgNO3溶液检测Cl-不存在，制得板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒。
图5为对比例1制得的板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒(Na2CO3过量0％摩尔；温度760℃)的SEM照片。从图5中可以看出，Na0.5Bi0.5TiO3是形状不规则的片状，而且周围还有一些颗粒状的杂相存在，因此不适合作为模板晶粒。
对比例2
1.Bi2O3和TiO2按化学反应方程式：2Bi2O3+3TiO2→Bi4Ti3O12进行计算，其中Bi2O3过量3％摩尔。熔盐原料(NaCl:KCl＝1mol:1mol)与反应原料(Bi2O3和TiO2)的重量比为1:1。称取Bi2O3(纯度为99.9％)9.8400g，TiO2(纯度为99.8％)2.4611g，NaCl(纯度为99.5％)5.2994g，KCl(纯度为99.5％)6.7609g混合放进球磨罐，加入36ml乙醇和70gZrO2球，球磨12h。然后烘干，把粉放进AlO2刚玉坩埚、加上盖子。以速率为5℃/min升温至1030℃保温2小时，所得粉体加入去离子水，进行超声2h分散，超声完成后，用100℃的去离子水洗12次，最后用AgNO3溶液检测Cl-不存在，制的Bi4Ti3O12前驱体。
2.Bi4Ti3O12、Na2CO3、TiO2按化学反应方程式：Bi4Ti3O12+2Na2CO3+5TiO2→8Na0.5Bi0.5TiO3+2CO2进行计算。其中，Na2CO3按过量0％摩尔来称量。经过计算后，准确称取Na2CO3(纯度为99.8％)0.8193g，TiO2(纯度为99.8％)1.0644g，NaCl(纯度为99.5％)10.0503g。各原料称量好之后放进球磨罐，加入15ml酒精和40gZrO2球，球磨20h。用滴管将混合的液体移至烧杯，准确称取Bi4Ti3O12前驱体3.1163g放进此烧杯，加上转子，在热的磁力搅拌器上进行搅拌，搅拌的时间为1.8h。经干燥后的混合粉放进AlO2刚玉坩埚、加上盖子。以速率为5℃/min升温至840℃的保温3小时，所得粉体入去离子水，进行超声1.5h分散，超声完成后，用80℃的去离子水洗10次，最后用AgNO3溶液检测Cl-不存在，制得板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒。
图6为对比例2制得的板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒(Na2CO3过量0％摩尔；温度840℃)的SEM照片。从图6中可以看出Na0.5Bi0.5TiO3是不规则片状，而且周围一样存在杂相，不适合作为模板晶粒。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种板状钛酸铋钠模板晶粒的制备方法，其特征在于，包括如下具体步骤：
S1.将Bi2O3、TiO2、熔盐和乙醇进行球磨，烘干，在1000～1200℃下烧结2～3h，所得粉体经超声洗涤后，得前驱体Bi4Ti3O12；所述Bi2O3和TiO2的摩尔比为(2.01～2.03)：3；所述熔盐为NaCl和KCl，其中，NaCl和KCl的摩尔比为1：(1～1.5)；所述Bi2O3和TiO2的总质量、熔盐、ZrO2球和乙醇的质量比为1：(1～2)：(2～3)：(1～1.5)；
S2.过量30～90mol％的Na2CO3、TiO2、NaCl和乙醇进行球磨的混合物；将前驱体Bi4Ti3O12加入混合物进行搅拌，烘干，在760～840℃下烧结2～4h，所得粉体经洗涤后，得到板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒；所述板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒的径向尺寸为5～20μm，厚度为0.76～1.2μm；所述前驱体Bi4Ti3O12：Na2CO3：TiO2的摩尔比为1：(2.3～2.9)：5；所述前驱体Bi4Ti3O12和NaCl的质量比为1：(2～2.3)；所述Bi4Ti3O12，Na2CO3，TiO2和NaCl的总重量与乙醇的质量比为1：(1～1.5)。
2.根据权利要求1所述的板状钛酸铋钠模板晶粒的制备方法，其特征在于，步骤S1和S2所述洗涤的试剂为80～120℃的去离子水；所述洗涤的次数为10～15次。
3.根据权利要求1所述的板状钛酸铋钠模板晶粒的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述超声的时间为1～3h，所述球磨的时间为12～24h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911149470.3A CN111041548B (zh) | 2019-11-21 | 2019-11-21 | 一种板状钛酸铋钠模板晶粒及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911149470.3A CN111041548B (zh) | 2019-11-21 | 2019-11-21 | 一种板状钛酸铋钠模板晶粒及其制备方法和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111041548A CN111041548A (zh) | 2020-04-21 |
| CN111041548B true CN111041548B (zh) | 2021-12-17 |
Family
ID=70232155
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911149470.3A Active CN111041548B (zh) | 2019-11-21 | 2019-11-21 | 一种板状钛酸铋钠模板晶粒及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111041548B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113501710A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-10-15 | 淮阴工学院 | 一种钛酸铋钠织构陶瓷的制备方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101020608A (zh) * | 2006-12-11 | 2007-08-22 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种钛酸铋钠－钛酸钡无铅压电陶瓷及其制备方法 |
| CN101244933A (zh) * | 2008-03-18 | 2008-08-20 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种片状钛酸铋钠模板晶粒及其制备方法 |
| CN101260565A (zh) * | 2007-12-19 | 2008-09-10 | 清华大学 | 微米级片状钛酸铋钠晶体及其制备方法 |
| CN110183798A (zh) * | 2019-07-04 | 2019-08-30 | 陕西科技大学 | 一种板状钛酸铋钠/聚偏氟乙烯复合材料及其制备方法 |
| CN110203970A (zh) * | 2019-07-04 | 2019-09-06 | 陕西科技大学 | 一种熔盐法制备的板状钛酸铋钠粉体及其制备方法 |
| CN110550953A (zh) * | 2019-09-17 | 2019-12-10 | 齐鲁工业大学 | 一种钛酸铋钠基无铅压电陶瓷及其制备方法 |
-
2019
- 2019-11-21 CN CN201911149470.3A patent/CN111041548B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101020608A (zh) * | 2006-12-11 | 2007-08-22 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种钛酸铋钠－钛酸钡无铅压电陶瓷及其制备方法 |
| CN101260565A (zh) * | 2007-12-19 | 2008-09-10 | 清华大学 | 微米级片状钛酸铋钠晶体及其制备方法 |
| CN101244933A (zh) * | 2008-03-18 | 2008-08-20 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种片状钛酸铋钠模板晶粒及其制备方法 |
| CN110183798A (zh) * | 2019-07-04 | 2019-08-30 | 陕西科技大学 | 一种板状钛酸铋钠/聚偏氟乙烯复合材料及其制备方法 |
| CN110203970A (zh) * | 2019-07-04 | 2019-09-06 | 陕西科技大学 | 一种熔盐法制备的板状钛酸铋钠粉体及其制备方法 |
| CN110550953A (zh) * | 2019-09-17 | 2019-12-10 | 齐鲁工业大学 | 一种钛酸铋钠基无铅压电陶瓷及其制备方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| Growth of NBT template particles through topochemical microcrystal conversion and their structural characterization;Sinan Dursun 等;《JOURNAL OF THE AMERICAN CERAMIC SOCIETY 》;20170331;第100卷;第937-944页 * |
| Sinan Dursun 等.Growth of NBT template particles through topochemical microcrystal conversion and their structural characterization.《JOURNAL OF THE AMERICAN CERAMIC SOCIETY 》.2017,第100卷第937-944页. * |
| Synthesis of Anisotropic Na0.5Bi0.5TiO3 Crystals Using Different Topochemical Microcrystal Conversion Methods;Wei Zhao 等;《INTERNATIONAL JOURNAL OF APPLIED CERAMIC 》;20161031;第13卷;第871-875页 * |
| 模板前驱体对熔盐法制备Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3片状晶粒的影响;赵戈等;《中国陶瓷》;20111205(第12期);第27-29页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111041548A (zh) | 2020-04-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101786902B (zh) | 一种硅酸锆包裹硫硒化镉大红色料的制备方法 | |
| CN103803974A (zh) | 一种注塑成型氧化锆及其制备方法 | |
| CN104003697B (zh) | 一种bsas复合陶瓷粉末的制备方法 | |
| CN104891542B (zh) | 一种超细α‑Al2O3粉体的制备方法 | |
| CN112456528B (zh) | 一种勃姆石及其制备方法、应用 | |
| CN101845668B (zh) | 一种纳米硼酸镍晶须的制备方法 | |
| CN102275942A (zh) | 一种硅酸铋纳米粉体的制备方法 | |
| CN111041548B (zh) | 一种板状钛酸铋钠模板晶粒及其制备方法和应用 | |
| CN110937620B (zh) | 一种非化学计量比锌铝尖晶石及其制备方法 | |
| CN105271322B (zh) | 一种束状三水碳酸镁晶体的制备方法 | |
| CN109809482B (zh) | 一种单分散、多形貌氧化锆粉体的制备方法 | |
| CN111302347B (zh) | 一种高纯大粒径硅溶胶的制备方法 | |
| CN101260565A (zh) | 微米级片状钛酸铋钠晶体及其制备方法 | |
| CN108083334A (zh) | 一种单分散球形纳米二氧化锆粉体材料的制备方法 | |
| CN108609652A (zh) | 一种利用熔盐制备二氧化锆纳米粉体的方法 | |
| CN101780959B (zh) | 一种Bi4Si3O12纳米晶的制备方法 | |
| CN110550952A (zh) | 一种氧化锆陶瓷粉体及其制备方法 | |
| CN116409827A (zh) | 一种熔盐法合成纯相La2NiO4粉体的制备方法 | |
| CN115010171A (zh) | 一种纳米锆酸镧粉体的绿色制备方法 | |
| CN105502498A (zh) | 一种水热制备金字塔形KNbO3纳米结构的方法 | |
| CN114988469A (zh) | 一种制备压电材料Pb(Zr,Ti)O3单相细晶粉末的方法 | |
| CN101333005A (zh) | 一种低温制备K0.5Na0.5NbO3超细粉体的方法 | |
| Wu et al. | Octahedral cuprous oxide synthesized by hydrothermal method in ethanolamine/distilled water mixed solution | |
| CN108706631B (zh) | 一种矩形片状单斜氧化锆的制备方法 | |
| CN113480306A (zh) | 一种BaTiO3微晶粉体的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |