一种制备纳米钛酸锶粉体的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种钛酸锶粉体的制备方法，具体地，涉及一种相转移法辅助水热合 成工艺制备纳米钛酸锶粉体的方法。
【背景技术】
[0002] 随着信息技术的飞速发展，电子元器件的应用领域越来越广泛，且小型化、多功 能、低成本及高可靠性成为电子元件器件发展的必然趋势，此种趋势下以集成电路和低功 率肖特基逻辑芯片为代表的小型器件，是无力消除浪涌和脉冲的，而用钛酸锶粉体制备的 多层片式电容-压敏复合功能元件可以消除过高压瞬态脉冲及其高频噪声等功能，也可避 免因静电放点的作用、浪涌及其瞬态电流对原器件形成的损害，因此钛酸锶压敏电阻器应 用前景十分广泛。为此，要求钛酸锶粉体具备更优良的性能，而粉体的性能与其制备方法有 很紧密的联系，所以钛酸锶粉体制备方法显得更为重要。
[0003] 近些年，由国内外研究者对钛酸锶粉体的制备方法综述可知，目前存在的制备钛 酸锶粉体都有其缺陷。如，固相合成法制备出的粉体具有严重团聚现象的、表面活性差的钛 酸锶粉体，即使通过反复的研磨，最多获得微米级或亚微米级的粉体。不过目前已有些工艺 改进的研究，如加入1^0 2或AST作为烧结助剂来降低反应温度，采用微波加热来缩短反应 时间，改善硬团聚现象，但是所起的效果并不理想。还有液相合成制备钛酸锶粉体的方法也 存在优缺点，这些从溶液中制备钛酸锶粉体方法的优点是粉体的纯度高，化学计量比可控 程度好，粉末体颗粒比较细。但是液相合成法存在着一些共同的缺陷，如：（1)制备的粉体 与溶剂(通常是水)很难分离，通常的过滤方法难以胜任，且能耗高，效率低；（2)液相法合成 的粉体颗粒都是极性表面，在干燥过程中颗粒间易发生脱水反应，形成干燥粉体颗粒间的 硬团聚。此外，液相合成法还普遍存在着成本高，产率低等缺点。
[0004] 水热法是近年来新兴的一种钛酸锶液相合成法，与其他液相合成法相比，水热法 有着其独特的优势，这种方法制得的粉体颗粒粒度和形貌可控性高、纯度高、化学均一性 强，粒径小即可实现纳米化，粒径大小分布均匀，可提高粉体质量，并可以在温和的水热条 件下直接合成3^10 3粉体而无需后续的高温煅烧处理，可以有效地降低能耗，改善其他方 法中需要煅烧而导致颗粒长大的不足，是目前最有希望制备纳米钛酸锶粉体的方法。但是 此方法依然存在液相合成方法难以克服的缺陷，需要进一步改进。
[0005] 本发明采用的相转移法辅助水热合成工艺可直接将纳米粉体颗粒从水溶液中提 取出来。由于利用了水热合成工艺，在温和的反应条件下能直接合成钛酸锶粉体，因此不需 要后续的高温煅烧和固相反应过程，使生产成本更低，保留了粉体的纳米尺度和形貌。尤其 是此粉体制得的钛酸锶压敏电阻器应该可获得很好的性能，满足了迅速发展的信息技术的 需求。同时，又为更深入地研发多功能新型的SrTi03电器元件奠定根深蒂固的基础。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种通过相转移法辅助水热合成钛酸锶粉体的制备方法，克 服现有的钛酸锶粉体的制备方法的不足，保留水热合成工艺的优点，解决粉体与溶剂分离 难的问题，减弱或消除了粉体的团聚现象，简化制造工艺。
[0007] 为了达到上述目的，本发明提供了一种制备纳米钛酸锶粉体的方法，其中，该方法 包含：步骤1，在磁力搅拌器的作用下，将Sr(N03)2溶于去离子水中；步骤2,将钛酸四丁酯 均匀地溶于无水乙醇中，并与步骤1所得的溶液相互混合；步骤3,将K0H加入到步骤2所 得的溶液，将整个体系搅拌，使其混合均匀；步骤4,将步骤3所得的溶液移至水热反应釜聚 四氟乙烯内衬中，将反应釜封好，置于烘箱中保温；步骤5,将步骤4所得的体系转移到烧杯 中，在搅拌作用下先后加入SPAN80和石油醚，然后再继续搅拌5min;步骤6,将步骤5所得 的反应液过滤，滤液经去离子水和无水乙醇洗涤，在烘箱内干燥，得到钛酸锶粉体。
[0008] 上述的制备纳米钛酸锶粉体的方法，其中，步骤1所述的去离子水为40ml。所述 的Sr(N03)2，加入后的浓度为0. 3mol/l~l.Omol/1，其加入量优选为10. 32g。
[0009] 上述的制备纳米钛酸锶粉体的方法，其中，步骤2所述的无水乙醇为18ml。所述 的钛酸四丁酯，加入后的浓度为〇? 3mol/l~l.Omol/1，其加入量优选为17ml〇
[0010] 上述的制备纳米钛酸锶粉体的方法，其中，步骤3所述的K0H，加入后其浓度为 0? 9mol/l~2. 7mol/l，加入量优选为 7. 57g。
[0011] 上述的制备纳米钛酸锶粉体的方法，其中，步骤3所述的搅拌，其时间为2h。
[0012] 上述的制备纳米钛酸锶粉体的方法，其中，步骤4所述的水热反应釜聚四氟乙烯 内衬，容量为100ml。
[0013] 上述的制备纳米钛酸锶粉体的方法，其中，步骤4所述的反应釜，置于温度为130 °C的烘箱中，保温20h。
[0014] 上述的制备纳米钛酸锶粉体的方法，其中，步骤4所述的反应釜，填充度为75 %。
[0015] 上述的制备纳米钛酸锶粉体的方法，其中，步骤5所述的SPAN80和石油醚的加入 量按体积分数计分别为〇%~20%。
[0016] 上述的制备纳米钛酸锶粉体的方法，其中，步骤6所述的在烘箱内干燥，其温度为 100 °C，时间为 20h。
[0017] 本发明提供的制备纳米钛酸锶粉体的方法具有以下优点： 本发明钛酸锶粉体的新型制备方法，以硝酸锶、钛酸四丁酯为原料，氢氧化钾为矿化 剂，SPAN80为表面活性剂及有机溶剂石油醚。此发明获得的纳米钛酸锶粉体具有均一性良 好，形貌规则呈现球形，纯度高，粒径在38~55nm，无团聚现象或轻微团聚，且钛酸锶粉体 表面由极性变为非极性，分散性好。克服了现有的钛酸锶粉体的制备方法的不足，保留了水 热合成工艺的优点，解决粉体与溶剂分离难的问题，减弱或消除了粉体的团聚现象，简化了 制造工艺。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明的制备钛酸锶粉体的工艺流程图。
[0019] 图2为本发明的实施例中制备的不同SPAN80添加量合成SrTiCMt体的XRD谱图。
[0020] 图3为本发明的实施例中制备的SPAN80添加量为10%的SrTi03粉体的SEM形貌 图。
[0021 ] 图4为本发明的实施例中制备的SPAN80添加量为14%的SrTi03粉体的SEM形貌 图。
[0022] 图5为本发明的实施例中制备的SPAN80添加量为16%的SrTi03粉体的SEM形貌 图。
[0023] 图6为本发明的实施例中制备的SPAN80添加量为20%的SrTi03粉体的SEM形貌 图。
[0024] 图7为本发明的实施例中制备的SPAN80添加量为0%的SrTi03粉体的SEM形貌 图。
[0025] 图8为本发明的实施例中SPAN80和石油醚包裹SrTi(V^v体的示意图。
[0026] 图9为本发明的实施例中制备的不同SPAN80添加量对粒径的影响的示意图。
【具体实施方式】
[0027] 以下结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步地说明。
[0028] 本发明提供的制备纳米钛酸锶粉体的方法，包含以下步骤： 步骤1，在磁力搅拌器的作用下，将已称取好的Sr(N03)2溶于40ml的去离子水中。Sr(N03)2W入后其浓度为0? 3mol/l~l.Omol/1，加入量优选为10. 32g〇
[0029] 步骤2,再将量取好的钛酸四丁酯均匀地溶于18ml无水乙醇中，并与步骤1所得 的溶液相互混合。钛酸四丁酯加入后其浓度为0.3111 〇1/1~1.0111〇1/1，加入量优选为171111 〇
[0030] 步骤3,将已经称取好的K0H加入到步骤2所得的溶液，将整个体系在一定温度下 搅拌2 11，使其混合均匀。1(011加入后其浓度为0.9111〇1/1~2.7111〇1/1，加入量优选为7.57 8〇
[0031] 步骤4,将步骤3所得的溶液移至100ml的水热反应釜聚四氟乙烯内衬中，将反应 釜封好，置于温度为130 °C的烘箱中，保温20h，反应釜的填充度为75 %。
[0032] 步骤5,将步骤4所得的体系转移到烧杯中，在搅拌作用下先后加入不同量的 SPAN80和适量的石油醚，然后再继续搅拌5min。SPAN80和石油醚的加入量按体积分数计 分别为〇%~20%。
[0033] 步骤6,将步骤5所得的反应液过滤，滤液经去离子水和无水乙醇洗涤，在100°C 烘箱内干燥20h，得到钛酸锶粉体。工艺流程图如图1所示。
[0034] 下面通过实施例对本发明做更进一步描述。
[0035] 以下的实施例中，实验采用的磁力搅拌器为恒温磁力搅拌器，恒温磁力搅拌器的 操作参数为温度控制在65 °C，速度为560~580r/min。SPAN80的添加量(体积分数）分 别取Kl=10 %、K2=14 %、K3=16 %、K4=20 %、K5=0 %，按照图1的流程研究制备钛酸锶。
[0036] 实施例1 在磁力搅拌器的作用下，将10. 32g的Sr(N03)2溶于40ml的去离子水中；再将17ml的钛酸四丁酯溶于18ml无水乙醇中，并与上述Sr(N03)2溶液相互混合。再将7.57g的 K0H加入到上述溶液，将整个体系在65 °C下搅拌2h，使其混合均匀。然后将整个体系溶 液移至100ml的水热釜聚四氟乙烯内衬中，将反应釜封好，置于130 °C的烘箱中，并保温 20h，反应釜的填充度为75 %。将反应体系转移到烧杯中，在搅拌作用下先后加入10 %的 SPAN80和石油醚，搅拌5min;将上述反应滤液经去离子水和无水乙醇洗涤，在100 °C烘箱 内干燥20h，得到钛酸锶粉体K1。制备出的钛酸锶粉体粒径约为38nm。
[0037] 实施例2 在磁力搅拌器的作用下，将10. 32g的Sr(N03)2溶于40ml的去离子水中；再将17ml的钛酸四丁酯溶于18ml无水乙醇中，并与上述Sr(N03)2溶液相互混合。再将7. 57g的KOH 加入到上述溶液，将整个体系在65 °C下搅拌2h，使其混合均匀。然后将整个体系溶液移 至100ml的水热釜聚四氟乙烯内衬中，将反应釜封好，置于130°C的烘箱中，并保温20h， 反应釜的填充度为75 %。将反应体系转移到烧杯中，在搅拌作用下先后加入14%的SPAN80 和石油醚，搅拌5min;将上述反应滤液经去离子水和无水乙醇洗涤，在100°C烘箱内干燥 20h，得到钛酸锶粉体K2。制备出的钛酸锶粉体粒径约为52nm。
[0038] 实施例3 在磁力搅拌器的作用下，将10. 32g的Sr(N03)2溶于40ml的去离子水中；再将17ml的钛酸四丁酯溶于18ml无水乙醇中，并与上述Sr(N03)2溶液相互混合。再将7.