专利名称：一种制备钇锰掺杂钛酸钡锶钙纳米粉体的方法
技术领域：
本发明是涉及一种制备钇锰掺杂钛酸钡锶钙纳米粉体的方法，属于纳米陶瓷粉体制备技术领域。
背景技术：
铁电钛酸钡锶钙(BSCT)及钛酸锶钡(BST)陶瓷材料由于其高介电常数、居里温度可调等优异的性能，广泛应用在各种电子陶瓷器件中，例如各种压电传感器、动态随机存储器和相移器等。最近，BSCT陶瓷材料在非致冷红外焦平面热像仪上所表现出的优异性能又引起了人们极大的兴趣。由于它在室温附近工作，不需要致冷装置，极大地降低了生产红外探测器的成本。由此类材料制作的非致冷红外焦平面热像仪具有室温下工作、响应频谱宽、响应速度快、可全天候工作、低成本、低功耗、长寿命、小型化、高可靠性、应用量大面广等优点，成为当前红外焦平面成像技术中最引人注目的技术突破之一。为了获得介电、热释电等性能优异的BSCT陶瓷材料，化学组成均勻、超细BSCT粉体的制备是最关键的因素之一。近年来，人们采用了各种液相法来制备纳米BSCT粉体。与一般的固相反应法制备粉体相比，液相法具有各组元混合均勻性好、反应活性高、容易得到细粉体等优点。但是目前的各种液相法仍然存在一些难以克服的缺点而大大限制了其实际应用，例如共沉淀法制备的粉体团聚较为严重，而且难以除去杂质离子；水热法难以得到化学计量比的粉体；而一般的溶胶一凝胶法，周期都比较长，过程也复杂。因此，探索既能够减小粉体颗粒度、增加粉体均勻性，又能够保证化学计量比，工艺过程简单又实用的制备 BSCT纳米粉体的新方法就成为急需解决的关键技术之一。
发明内容
为解决现有技术制备的BSCT粉体存在颗粒度大、分布不均勻、化学计量比不易控制，且制备过程复杂、周期长等问题，本发明提供一种制备钇锰掺杂钛酸钡锶钙纳米粉体的方法，以满足目前微型化、小型化和集成化器件对BSCT粉体原料的要求。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下一种制备钇锰掺杂钛酸钡锶钙纳米粉体的方法，包括如下步骤a)将水溶性有机酸溶于水中，搅拌至澄清；b)将异丙醇钛缓慢滴入步骤a)配制的有机酸水溶液中，滴加过程控制溶液温度彡 65 "C ；c)搅拌20 30小时后，调节溶液的pH值为7. 5 8. 5 ；d)将 Ba (CH3COO) 2，Sr (CH3COO) 2 · 0. 5H20, Ca (NO3)2, Y (NO3) 3 及 Mn (NO3) 2 按照化学计量比溶于水中，搅拌使形成澄清溶液；e)将步骤d)制备的溶液加入到步骤C)获得的溶液中，搅拌并加水配成质量浓度为10% 20%的混合溶液，然后调节溶液的PH值为弱酸性，得到前驱物溶液；f)将步骤e)得到的前驱物溶液直接煅烧，即得钇锰掺杂的BSCT纳米粉体。
所述的水溶性有机酸推荐为乙酸或水溶性α -羟基酸。所述的水溶性α -羟基酸推荐为乳酸。步骤a)中的水溶性有机酸与水的质量比为1 1 3 1。步骤b)中的异丙醇钛与水溶性有机酸的质量比为0.5 1 1 1。步骤e)中的前驱物溶液的pH值优选为5. 5 6. 5。步骤f)中的煅烧条件推荐为在550 800°C下煅烧1 20小时，优选为在700 800°C下煅烧1 2小时。所述的钇锰掺杂钛酸钡锶钙的化学组成推荐为Ba0.6(1_x)_(x_0.001)/2 (Sr0.3Ca0. ^ ^xYxTi0.999Mn0.00103, 0. 001 ^ χ ^ 0. 010。与现有技术相比，采用本发明的方法制备的纳米粉体具有粒径小(10 25nm)、团聚度低、粒度分布均勻等优点，能满足目前微型化、小型化和集成化器件对BSCT粉体原料的要求；且本发明的制备方法简单，制备周期短，使用的原料廉价易得，无需特殊设备，适合规模化生产，有望获得工业化应用。
图1为实施例1制得的钇锰掺杂钛酸钡锶钙粉体的XRD图谱，其中a为在550°C 煅烧20小时获得的粉体，b为在700°C煅烧2小时获得的粉体，c为在800°C煅烧1小时获得的粉体；图2为实施例1制得的钇锰掺杂钛酸钡锶钙粉体的TEM图；图3为实施例2制得的钇锰掺杂钛酸钡锶钙粉体的TEM图。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明做进一步详细、完整地说明。实施例1将568克乳酸溶于395克去离子水中，搅拌至澄清；将568克异丙醇钛缓慢滴入乳酸水溶液中，剧烈搅拌并同时控制溶液的温度< 65°C ；搅拌M小时后，用质量浓度为的浓氨水和乙酸调节溶液的PH值为8. 0，使溶液稳定。按照通式B 5928 (Sr0.3Ca0. ^ 0.993Y0.。。7Tia 999Mn0.00103 称取化学计量比的 Ba (CH3COO) 2， Sr (CH3COO) 2 -0. 5H20, Ca (NO3)2, Y (NO3) 3及Mn (NO3) 2溶于水中，搅拌使形成澄清溶液；然后加入到配制好的钛酸溶液中，充分搅拌，并加水配成质量浓度为15%的混合溶液；用质量浓度为的浓氨水和乙酸调节溶液的PH值为6. 0，得到前驱物溶液。将得到的前驱物溶液分三等份，一份在550°C煅烧20小时，一份在700°C煅烧2小时，一份在800°C下煅烧1小时。将不同煅烧条件获得的钇锰掺杂的BSCT粉体用RAX-10衍射仪进行其物相分析， 得到的XRD图谱见图1所示。由图1可见在700°C煅烧2小时就可以获得纯相钇锰掺杂的BSCT粉体，若延长煅烧时间，则可以在更低温度(550°C)获得纯相钇锰掺杂的BSCT粉体，相比于其他方法，该合成温度已非常低。同时，从衍射峰的宽化可以看出，由此方法合成的粉体较细。图2为本实施例制得的钇锰掺杂钛酸钡锶钙粉体的TEM图，由图2可见所制备的钇锰掺杂钛酸钡锶钙粉体的粒径小，只有IOnm左右，与XRD的计算结果接近，且粒度分布均勻，团聚度很低。实施例2将568克乙酸溶于190克去离子水中，搅拌至澄清；将284克异丙醇钛缓慢滴入乙酸水溶液中，剧烈搅拌并同时控制溶液的温度< 65°C。其余内容同实施例1所述。图3为本实施例制得的钇锰掺杂钛酸钡锶钙粉体的TEM图。由图3可见所制备的钇锰掺杂钛酸钡锶钙粉体的粒径较小，为10 25nm左右，与XRD的计算结果接近，且粒度分布均勻，团聚度较低。综上所述，采用本发明方法制备的钇锰掺杂钛酸钡锶钙粉体具有粒径小(10 25nm)、团聚度低、粒度分布均勻等优点。有必要在此指出的是以上实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种制备钇锰掺杂钛酸钡锶钙纳米粉体的方法，其特征在于，包括如下步骤a)将水溶性有机酸溶于水中，搅拌至澄清；b)将异丙醇钛缓慢滴入步骤a)配制的有机酸水溶液中，滴加过程控制溶液温度彡 65 0C ；c)搅拌20 30小时后，调节溶液的pH值为7.5 8. 5 ；d)将Ba(CH3COO)2, Sr (CH3COO) 2 · 0. 5H20, Ca (NO3)2, Y (NO3) 3 及 Mn (NO3) 2 按照化学计量比溶于水中，搅拌使形成澄清溶液；e)将步骤d)制备的溶液加入到步骤c)获得的溶液中，搅拌并加水配成质量浓度为 10% 20%的混合溶液，然后调节溶液的pH值为弱酸性，得到前驱物溶液；f)将步骤e)得到的前驱物溶液直接煅烧，即得钇锰掺杂的BSCT纳米粉体。
2.根据权利要求1所述的制备钇锰掺杂钛酸钡锶钙纳米粉体的方法，其特征在于所述的水溶性有机酸为乙酸或水溶性α-羟基酸。
3.根据权利要求2所述的制备钇锰掺杂钛酸钡锶钙纳米粉体的方法，其特征在于所述的水溶性α-羟基酸为乳酸。
4.根据权利要求1所述的制备钇锰掺杂钛酸钡锶钙纳米粉体的方法，其特征在于步骤a)中的水溶性有机酸与水的质量比为1 1 3 1。
5.根据权利要求1所述的制备钇锰掺杂钛酸钡锶钙纳米粉体的方法，其特征在于步骤b)中的异丙醇钛与水溶性有机酸的质量比为0.5 1 1 1。
6.根据权利要求1所述的制备钇锰掺杂钛酸钡锶钙纳米粉体的方法，其特征在于步骤e)中的前驱物溶液的pH值为5. 5 6. 5。
7.根据权利要求1所述的制备钇锰掺杂钛酸钡锶钙纳米粉体的方法，其特征在于步骤f)中的煅烧条件为在550 800°C下煅烧1 20小时。
8.根据权利要求7所述的制备钇锰掺杂钛酸钡锶钙纳米粉体的方法，其特征在于步骤f)中的煅烧条件为在700 800°C下煅烧1 2小时。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的制备钇锰掺杂钛酸钡锶钙纳米粉体的方法，其特征在于，所述的钇锰掺杂钛酸钡锶钙的化学组成为Bao.ed—χ)—(χ—0·001)/2 (Sr0.3Ca01) 1-xYxTi0.999Μη0 00103，0· 001 ≤χ ≤0. 010。
全文摘要
本发明公开了一种制备钇锰掺杂钛酸钡锶钙纳米粉体的方法，其包括如下步骤配制有机酸水溶液；将异丙醇钛缓慢滴入配制的有机酸水溶液中；搅拌，调节溶液的pH值为7.5～8.5；将Ba(CH3COO)2，Sr(CH3COO)2·0.5H2O，Ca(NO3)2，Y(NO3)3及Mn(NO3)2按照化学计量比溶于水中，搅拌使形成澄清溶液，然后加入到获得的钛酸溶液中，调节溶液的pH值为弱酸性，得到前驱物溶液；将得到的前驱物溶液直接煅烧。采用本发明方法制备的BSCT粉体具有粒径小、团聚度低、粒度分布均匀等优点，且制备方法简单，制备周期短，使用的原料价廉易得，无需特殊设备，适合规模化生产，有望获得工业化应用。
文档编号C04B35/622GK102276252SQ20111013811
公开日2011年12月14日 申请日期2011年5月26日 优先权日2011年5月26日
发明者姚春华, 曹 盛, 毛朝梁, 王根水, 董显林 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所