一种多孔Bi₄Si₃O₁₂块材的制备方法

一种多孔Bi₄Si₃O₁₂块材的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种多孔Bi4Si3O12块材的制备方法，以硝酸铋和正硅酸乙酯为原料，混合溶液为溶剂，利用复配的分散剂使离子均匀存在于干凝胶粉体中，经直接压制成型和热处理即可获得多孔Bi4Si3O12块材；这方法不仅利用了有机物的作用，使铋离子和硅离子复合更均匀，有利于纯相的获得，而且采用一步法有效缩短制备周期，具有工艺设备简单和成本低的优点。
【专利说明】
_种多孔B i 4S i 3Ο12块材的制备方法
技术领域
[0001]本发明属于材料技术领域，特别涉及一种多孔Bi4Si3O12块材的制备方法。
【背景技术】
[0002]含铋氧化物具有独特的的电导、压电、光电、声光、铁电性能，可以用来制造电子陶瓷、高选择性催化剂、光变色玻璃、高温超导体等，广泛的应用于航空航天、工业、信息、生物医学等各个领域，Bi2O3-S12系统就是含铋氧化物中十分重要的一个体系，而化4313012是Bi2O3-S12系统中重要的一种稳定相晶体。目前制备多孔材料的方法主要是利用湿法(如水热法、溶胶-凝胶法等)合成粉体材料后，再在粉体中混入复配的有机物(如发泡剂)，经制成形、热处理后获得多孔块体材料。这种方法不仅周期长，所得多孔材料中的孔隙分布也不够均匀，针对这个问题，本专利提出了一种周期短、工艺简单而成本低的一步制备法。应用这种方法，不仅大大缩短了制备周期，而且可使铋离子和硅离子均匀存在于体系中以利于获得纯相Bi4Si3〇i2。

【发明内容】

[0003]为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种多孔Bi4Si3O12块材的制备方法，具有生产工艺简单、设备要求简单、周期短的特点。
[0004]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
[0005 ] 一种多孔B i4Si 3012块材的制备方法，包括如下步骤:
[0006](I)将分散剂溶于无水乙醇中得到溶液A;
[0007](2)量取1/2的溶液A，将正硅酸乙酯溶于其中形成溶液B备用；将硝酸铋溶于剩余溶液A中形成溶液C;
[0008](3)将溶液B和溶液C混合，搅拌均匀后形成前驱体溶液，将前驱体溶液于80?85°C下水浴3?5h至凝胶化，再在140?160°C下干燥形成干凝胶，室温下自然晾干后进行研磨过筛得到干凝胶粉体；
[0009 ] (4)将过筛后的干粉直接干压成型，形成块状坯体材料，最后将块状坯体材料进行热处理得到多孔Bi4Si3O12块材。
[0010]所述步骤(I)中，所述分散剂由乙二胺四乙酸、柠檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇和聚乙二醇组成。
[0011]所述溶液A中，分散剂各组份的浓度范围均为O?0.6mol/L。
[0012]所述正硅酸乙酯和氧化铋的用量满足Si与Bi的摩尔比为(3:4)?(1:1)，且Si离子与Bi离子之和与柠檬酸的摩尔比为1:(0.4?0.8)。
[0013]所述步骤(4)中，所述热处理是在ZnO粉体中进行埋烧，温度为700°C?800°C。
[0014]与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明提供的多孔Bi4Si3O12块材的制备方法中，合理利用乙二胺四乙酸、柠檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇、聚乙二醇400、聚乙二醇4000、聚乙二醇6000等作为分散剂，使硅离子和铋离子均匀分布于凝胶中，控制分散剂的各类和用量，使干凝胶呈现一定粘性的粉末状，使干凝胶可用于直接压制成型，结合埋烧和适当的热处理制度，利用有机物的发泡和分解燃烧过程形成多孔別4513012块材。这种方法可以减少造粒、陈腐等制备工艺过程，使工艺步骤少、制备周期缩短，所利用有机物的络合和分散效应，使多孔Bi4Si3O12块材孔隙尺寸及分布可控性好。
【具体实施方式】
[0015]下面结合实施例详细说明本发明的实施方式。
[0016]实施例1
[0017]一种多孔扮4513012块材的制备方法，包括如下步骤:
[0018](I)量取50mL无水乙醇，称量一定量的分散剂(由乙二胺四乙酸、柠檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇、聚乙二醇组成，其中聚乙二醇又包括聚乙二醇400、聚乙二醇4000和聚乙二醇6000)加入其中，搅拌溶解形成溶液A，分散剂各组份的浓度控制在0.6mol/L0
[0019](2)量取1/2的溶液A，将正硅酸乙酯溶于其中形成溶液B备用；将硝酸铋溶于剩余溶液A中形成溶液C，其中，S1: Bi (摩尔比)=3:4，( Si离子+Bi离子):柠檬酸(摩尔比)=1:0.4。
[0020](3)将溶液B和溶液C混合，搅拌均匀后形成前驱体溶液，将前驱体溶液于80°C下水浴3?5h至凝胶化，再在140°C下干燥形成干凝胶，室温下自然晾干后将粉体进行研磨过筛。
[0021](4)将过筛后的干粉直接干压成形，形成块状坯体材料，最后将块状坯体材料在ZnO粉体中进行埋烧，即获得多孔Bi4Si3O12块材，热处理温度为800 °C。所得多孔Bi4Si3O1;^材中为开孔结构，晶粒尺寸约为80nm?250nm，间隙尺寸为50nm?200nmo
[0022]实施例2
[0023]一种多孔扮43丨3012块材的制备方法，包括如下步骤:
[0024](I)量取50mL无水乙醇，称量一定量的分散剂(由乙二胺四乙酸、柠檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇、聚乙二醇组成。)加入其中，搅拌溶解形成溶液A，分散剂各组份的浓度控制在0.6mol/L。
[0025](2)量取1/2的溶液A，将正硅酸乙酯溶于其中形成溶液B备用；将硝酸铋溶于剩余溶液A中形成溶液C，其中，S1: Bi (摩尔比)=1:1，( Si离子+Bi离子):柠檬酸(摩尔比)=1:
0.8。
[0026](3)将溶液B和溶液C混合，搅拌均匀后形成前驱体溶液，将前驱体溶液于85°C下水浴3?5h至凝胶化，再在160°C下干燥形成干凝胶，室温下自然晾干后将粉体进行研磨过筛。
[0027](4)将过筛后的干粉直接干压成形，形成块状坯体材料，最后将块状坯体材料在ZnO粉体中进行埋烧即获得多孔Bi4Si3O12块材，热处理温度为700°C。所得多孔Bi4Si3O12块材中为开孔结构，晶粒尺寸约为80nm?250nm，间隙尺寸为50nm?200nmo
[0028]实施例3
[0029]—种多孔扮4513012块材的制备方法，包括如下步骤:
[0030](I)量取50mL无水乙醇，称量一定量的分散剂(由乙二胺四乙酸、柠檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇、聚乙二醇组成。)加入其中，搅拌溶解形成溶液A，分散剂各组份的浓度控制在0.01、0.1、0.1、0.5、0.5、0.611101/1。
[0031](2)量取1/2的溶液A，将正硅酸乙酯溶于其中形成溶液B备用；将硝酸铋溶于剩余溶液A中形成溶液C，其中，S1: Bi (摩尔比)=3:4，( Si离子+Bi离子):柠檬酸(摩尔比)=1:
0.6ο
[0032](3)将溶液B和溶液C混合，搅拌均匀后形成前驱体溶液，将前驱体溶液于80°C下水浴3?5h至凝胶化，再在150°C下干燥形成干凝胶，室温下自然晾干后将粉体进行研磨过筛。
[0033](4)将过筛后的干粉直接干压成形，形成块状坯体材料，最后将块状坯体材料在ZnO粉体中进行埋烧即获得多孔Bi4Si3O12块材，热处理温度为700°C。所得多孔Bi4Si3O12块材中为开孔结构，晶粒尺寸约为80nm?250nm，间隙尺寸为50nm?200nmo
【主权项】
1.一种多孔财4313012块材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)将分散剂溶于无水乙醇中得到溶液A; (2)量取1/2的溶液A，将正硅酸乙酯溶于其中形成溶液B备用；将硝酸铋溶于剩余溶液A中形成溶液C; (3)将溶液B和溶液C混合，搅拌均匀后形成前驱体溶液，将前驱体溶液于80?85°C下水浴3?5h至凝胶化，再在140?160°C下干燥形成干凝胶，室温下自然晾干后，进行研磨过筛得到干凝胶粉体； (4)将过筛后的干粉直接干压成型，形成块状坯体材料，最后将块状坯体材料进行热处理得到多孔Bi4Si3O12块材。2.根据权利要求1所述多孔扮4313012块材的制备方法，其特征在于，所述步骤(I)中，所述分散剂由乙二胺四乙酸、柠檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇和聚乙二醇组成。3.根据权利要求2所述多孔Bi4Si3O1^材的制备方法，其特征在于，所述溶液A中，分散剂各组份的浓度范围均为O?0.6mo I /L。4.根据权利要求2所述多孔化4313012块材的制备方法，其特征在于，所述正硅酸乙酯和氧化祕的用量满足Si与Bi的摩尔比为(3:4)?(I: I)，且Si^子与Bi^子之和与梓檬酸的摩尔比为1:(0.4?0.8)。5.根据权利要求1所述多孔扮4313012块材的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所述热处理是在ZnO粉体中进行埋烧，温度为700°C?800 °C。
【文档编号】B82Y40/00GK105948118SQ201610292790
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月5日
【发明人】伍媛婷, 栗梦龙, 司楠, 王秀峰
【申请人】陕西科技大学