一种低成本制备纳米Ba(Fe_0.5Ta_0.5)O₃粉体的方法

一种低成本制备纳米Ba(Fe_0.5Ta_0.5)O₃粉体的方法
【专利摘要】本发明提供一种低成本制备纳米Ba(Fe0.5Ta0.5)O3粉体的方法，包括如下步骤，(1)将摩尔比为1:3的Ta2O5与K2CO3混合均匀，煅烧后将煅烧产物溶于水中，过滤不溶物得到澄清的K3TaO4溶液备用；(2)将澄清的K3TaO4溶液用硝酸滴定至pH值为1?2，得到Ta(OH)5沉淀物，洗涤后将Ta(OH)5粉体溶解于草酸得到Ta5+前驱体溶液；(3)采用重量法标定前驱体，求得前驱体溶液中Ta5+的物质的量浓度；(4)将双氧水滴加到Ta5+前驱体溶液中，在搅拌下同时依次加入H2C2O4·2H2O粉体、Fe(NO3)3·9H2O粉体和Ba(NO3)2粉体充分混合均匀后得到混合溶液；(5)用NH3·H2O溶液调节混合溶液pH值为9.5?10.5后得到棕褐色沉淀；(6)将棕褐色沉淀洗涤后烘干，煅烧获得纳米Ba(Fe0.5Ta0.5)O3粉体。
【专利说明】
_种低成本制备纳米83(「60.5了30.5)03粉体的方法
技术领域
[0001]本发明涉及湿化学法制备粉体技术领域，具体为一种低成本制备纳米Ba(Fe0.sTa0.s) O3粉体的方法。
【背景技术】
[0002]小型化、高性能和便携性是消费电子品近些年来的发展方向，电路中元器件的高度集成为这一发展提供了解决方案，因此，对于介电材料的要求也更加苛刻。Ba(FeQ.5Ta0.5)O3是作为一种巨介电材料，因其优异的介电性能而备受关注。
[0003]由于传统固相法制备的Ba(FeQ.5Ta().5)03陶瓷材料晶粒尺寸大、长的球磨周期、高的煅烧温度和低的可烧结性等缺陷，限制了陶瓷性能的提高。但是，液相法使用的钽源(TaCl5)比较昂贵，价格甚至Ta2O5的数倍，不利于工业化生产。

【发明内容】

[0004]针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种低成本制备纳米Ba(FeQ.5T￡i().5)03粉体的方法，其所需原料廉价，粉体粒径小，工艺简单，利于大规模生产。
[0005]本发明是通过以下技术方案来实现:
[0006]—种低成本制备纳米Ba(Fet).5Ta0.5)03粉体的方法，包括如下步骤，
[0007](I)将摩尔比为1:3的Ta2O5与K2CO3混合均匀，在900-1000°C煅烧2_4h后，将煅烧产物溶于水中，过滤不溶物得到澄清的K3TaO4溶液备用；
[0008](2)将澄清的K3TaO4溶液用硝酸滴定至pH值为1-2，得到Ta(OH)JX淀物，洗涤Ta(0扪5沉淀物后得到Ta(OH)5粉体，将Ta(OH)5粉体溶解于草酸，并调节pH值为5-6后形成Ta5+前驱体溶液；
[0009](3)采用重量法标定前驱体，求得前驱体溶液中Ta5+的物质的量浓度；
[0010](4)将双氧水滴加到Ta5+前驱体溶液中，滴加过程中对Ta5+前驱体溶液进行搅拌，然后在搅拌下同时依次加入H2C2O4.2H20粉体、Fe(NO3)3.9出0粉体和Ba(NO3)2粉体充分混合均匀后得到混合溶液，混合溶液中H2C2O4.2H20、Ba(N03)2、Fe(N03)3.9H20、Ta5+离子的摩尔比为6:2:1:1;
[0011](5)用NH3.H2O溶液调节混合溶液pH值为9.5-10.5后得到棕褐色沉淀；
[0012](6)将棕褐色沉淀洗涤后在100-120°C下烘干，然后在900-1000°C下煅烧1.5_2h，获得纳米Ba(Fet).5Ta0.5)03粉体。
[0013]优选的，所述的步骤(I)中，煅烧产物溶于水时，进行加热搅拌0.5-lh，加热搅拌温度为40?50°C。
[0014]优选的，所述的步骤(2)中，硝酸滴定速率为0.5?lmL/min。
[0015]优选的，所述的步骤(2)中，产生的Ta(0H)5沉淀物采用蒸馏水离心洗涤，洗涤次数为8?12遍。
[0016]优选的，所述的步骤(3)中采用重量法标定前驱体时，具体步骤如下，称量坩祸质量，量取前驱体溶液50ml于坩祸，100 °C烘干24h，将其于900-1000 °C煅烧2h，称取坩祸和坩祸内Ta2O5的总质量，减去坩祸质量，求得前驱体溶液中Ta5+的浓度。
[0017]进一步，其中，至少量取两份等量的Ta5+前驱体溶液，分别在同条件下烘干、煅烧后称量重量，得到的浓度取平均值实现重量法标定。
[0018]优选的，所述的步骤(4)中，双氧水的质量浓度为30%。
[0019]优选的，所述的步骤(4)中，从双氧水滴加开始，搅拌0.5-lh后混合均匀。
[0020]优选的，所述步骤(5)中，NH3.H2O溶液的滴定速率为0.5?lmL/min。
[0021]与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果:
[0022]本发明通过采用廉价的Ta2O5为钽源，避免了使用昂贵的钽盐，降低了生产合成成本，先制备得到Ta5+前驱体溶液，滴入双氧水溶液防止稍后加入的Fe3+被还原为Fe2+，通过依次加入的铁源和钡源，实现对化学计量比的精确控制，最后用NH3.H2O溶液中和产生沉淀后，烘干煅烧，制备出相对颗粒尺寸较小的Ba(FeQ.5Ta0.5)03，制备工艺简单，化学计量比可控，粉粒均匀，平均尺寸在30nm左右，利于大规模生产。
[0023]进一步的，通过控制进行加热搅拌，并设定合适的温度，从而能够提高煅烧产物的溶解率，保证产品的纯度和原料的利用率。
[0024]进一步的，通过设定硝酸和NH3.H2O溶液的滴定速度，以及对沉淀物的多次洗涤，提高了样品的纯度，保证其粉体粒径的均匀。
[0025]进一步的，通过重力法的标定，能够快速的实现对钽源的测量，易于标定，更有利于工业化的大规模生产。
【附图说明】
[0026]图1为本发明实例7制备的Ba(FeQ.5TaQ.5)03粉体X射线衍射图谱。
[0027]图2为本发明实例7制备的Ba(FeQ.5TaQ.5)03粉体的扫描电子显微镜图像。
【具体实施方式】
[0028]下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
[0029]实例I
[0030]本发明一种低成本制备纳米Ba(Fef).5Ta0.5)03粉体的方法，包括如下步骤，(I)将摩尔比为1:3的Ta2O5与K2CO3混合均勾，在900°C煅烧2h后，将煅烧产物溶于水中，过滤不溶物得到澄清溶液备用；
[0031](2)将澄清的K3TaO4溶液用硝酸滴定至pH值为2，得到Ta(OH)^淀物，洗涤Ta(OH)5后得到Ta(OH)5粉体，将Ta(OH)5粉体溶解于草酸，并调节pH值为5后形成Ta5+前驱体溶液；
[0032](3)采用重量法标定前驱体，求得前驱体溶液中Ta5+物质的量浓度；
[0033](4)将双氧水滴加到Ta5+前驱体溶液中，滴加过程中对Ta5+前驱体溶液进行搅拌，然后在搅拌下同时依次加入H2C2O4.2H20粉体、Fe(NO3)3.9H20粉体和Ba(NO3)2粉体充分混合均匀后得到混合溶液，混合溶液中H2C2O4.2H20,Ba(NO3)2^Fe(NO3)3.9H20、Ta5+离子的摩尔比为6:2:1:1;
[0034](5)用NH3.H2O溶液调节混合溶液pH值为9.5后得到棕褐色沉淀；
[0035](6)将棕褐色沉淀洗涤后在100°C下烘干，然后在900 °C下煅烧2h，获得纳米Ba(Fe0.5Ta0.5)03 粉体。
[0036]实例2
[0037]本发明一种低成本制备纳米Ba(Fef).5Ta0.5)03粉体的方法，包括如下步骤，(I)将摩尔比为1:3的Ta2O5与K2⑶3混合均匀，在950°C煅烧4h后，将煅烧产物溶于水中，过滤不溶物得到澄清溶液备用；
[0038](2)将澄清的K3TaO4溶液用硝酸滴定至pH值为2，得到Ta(OH)^淀物，洗涤Ta(OH)5后得到Ta(OH)5粉体，将Ta(OH)5粉体溶解于草酸，并调节pH值为5后形成Ta5+前驱体溶液；
[0039](3)采用重量法标定前驱体，求得前驱体溶液中Ta5+物质的量浓度；
[0040](4)将双氧水滴加到Ta5+前驱体溶液中，滴加过程中对Ta5+前驱体溶液进行搅拌，然后在搅拌下同时依次加入H2C2O4.2H20粉体、Fe(NO3)3.9H20粉体和Ba(NO3)2粉体充分混合均匀后得到混合溶液，混合溶液中H2C2O4.2H20,Ba(NO3)2^Fe(NO3)3.9H20、Ta5+离子的摩尔比为6:2:1:1;
[0041](5)用NH3.H2O溶液调节混合溶液pH值为9.5后得到棕褐色沉淀；
[0042](6)将棕褐色沉淀洗涤后在100°C下烘干，然后在900 °C下煅烧2h，获得纳米Ba(Fe0.5Ta0.5)03 粉体。
[0043]实例3
[0044]本发明一种低成本制备纳米Ba(Fef).5Ta0.5)03粉体的方法，包括如下步骤，(I)将摩尔比为1:3的Ta2O5与K2CO3混合均匀，在1000°C煅烧2h后，将煅烧产物溶于水中，过滤不溶物得到澄清溶液备用；
[0045](2)将澄清的K3TaO4溶液用硝酸滴定至pH值为2，得到Ta(OH)^淀物，洗涤Ta(OH)5后得到Ta(OH)5粉体，将Ta(OH)5粉体溶解于草酸，并调节pH值为5后形成Ta5+前驱体溶液；
[0046](3)采用重量法标定前驱体，求得前驱体溶液中Ta5+物质的量浓度；
[0047](4)将双氧水滴加到Ta5+前驱体溶液中，滴加过程中对Ta5+前驱体溶液进行搅拌，然后在搅拌下同时依次加入H2C2O4.2H20粉体、Fe(NO3)3.9H20粉体和Ba(NO3)2粉体充分混合均匀后得到混合溶液，混合溶液中H2C2O4.2H20,Ba(NO3)2^Fe(NO3)3.9H20、Ta5+离子的摩尔比为6:2:1:1;
[0048](5)用NH3.H2O溶液调节混合溶液pH值为9.5后得到棕褐色沉淀；
[0049](6)将棕褐色沉淀洗涤后在100°C下烘干，然后在900°C下煅烧1.5h，获得纳米Ba(Fe0.5Ta0.5)03 粉体。
[0050]实例4
[0051 ]本发明一种低成本制备纳米Ba(Fef).5Ta0.5)03粉体的方法，包括如下步骤，(I)将摩尔比为1:3的Ta2O5与K2CO3混合均勾，在900°C煅烧2h后，将煅烧产物溶于水中，过滤不溶物得到澄清溶液备用；
[0052](2)将澄清的K3TaO4溶液用硝酸滴定至pH值为2，得到Ta(OH)^淀物，洗涤Ta(OH)5后得到Ta(OH)5粉体，将Ta(OH)5粉体溶解于草酸，并调节pH值为6后形成Ta5+前驱体溶液；
[0053](3)采用重量法标定前驱体，求得前驱体溶液中Ta5+物质的量浓度；
[0054](4)将双氧水滴加到Ta5+前驱体溶液中，滴加过程中对Ta5+前驱体溶液进行搅拌，然后在搅拌下同时依次加入H2C2O4.2H20粉体、Fe(NO3)3.9H20粉体和Ba(NO3)2粉体充分混合均匀后得到混合溶液，混合溶液中H2C2O4.2H20,Ba(NO3)2^Fe(NO3)3.9H20、Ta5+离子的摩尔比为6:2:1:1;
[0055](5)用NH3.H2O溶液调节混合溶液pH值为10后得到棕褐色沉淀；
[0056](6)将棕褐色沉淀洗涤后在100°C下烘干，然后在900 °C下煅烧2h，获得纳米Ba(Fe0.5Ta0.5)03 粉体。
[0057]实例5
[0058]本发明一种低成本制备纳米Ba(Fef).5Ta0.5)03粉体的方法，包括如下步骤，(I)将摩尔比为1:3的Ta2O5与K2CO3混合均勾，在900°C煅烧2h后，将煅烧产物溶于水中，过滤不溶物得到澄清溶液备用；
[0059 ] (2)将澄清的K3TaO4溶液用硝酸滴定至pH值为I，得到Ta (OH) 5沉淀物，洗涤Ta (OH) 5后得到Ta(OH)5粉体，将Ta(OH)5粉体溶解于草酸，并调节pH值为5后形成Ta5+前驱体溶液；
[0060](3)采用重量法标定前驱体，求得前驱体溶液中Ta5+物质的量浓度；
[0061](4)将双氧水滴加到Ta5+前驱体溶液中，滴加过程中对Ta5+前驱体溶液进行搅拌，然后在搅拌下同时依次加入H2C2O4.2H20粉体、Fe(NO3)3.9H20粉体和Ba(NO3)2粉体充分混合均匀后得到混合溶液，混合溶液中H2C2O4.2H20,Ba(NO3)2^Fe(NO3)3.9H20、Ta5+离子的摩尔比为6:2:1:1;
[0062](5)用NH3.H2O溶液调节混合溶液pH值为10.5后得到棕褐色沉淀；
[0063](6)将棕褐色沉淀洗涤后在100°C下烘干，然后在900 °C下煅烧2h，获得纳米Ba(Fe0.5Ta0.5)03 粉体。
[0064]实例6
[0065]本发明一种低成本制备纳米Ba(Fef).5Ta0.5)03粉体的方法，包括如下步骤，(I)将摩尔比为1:3的Ta2O5与K2CO3混合均勾，在950°C煅烧3h后，将煅烧产物溶于水中，过滤不溶物得到澄清溶液备用；
[0066](2)将澄清的K3TaO4溶液用硝酸滴定至pH值为2，得到Ta(OH)^淀物，洗涤Ta(OH)5后得到Ta(OH)5粉体，将Ta(OH)5粉体溶解于草酸，并调节pH值为5后形成Ta5+前驱体溶液；
[0067](3)采用重量法标定前驱体，求得前驱体溶液中Ta5+物质的量浓度；
[0068](4)将双氧水滴加到Ta5+前驱体溶液中，滴加过程中对Ta5+前驱体溶液进行搅拌，然后在搅拌下同时依次加入H2C2O4.2H20粉体、Fe(NO3)3.9H20粉体和Ba(NO3)2粉体充分混合均匀后得到混合溶液，混合溶液中H2C2O4.2H20,Ba(NO3)2^Fe(NO3)3.9H20、Ta5+离子的摩尔比为6:2:1:1;
[0069](5)用NH3.H2O溶液调节混合溶液pH值为10后得到棕褐色沉淀；
[0070](6)将棕褐色沉淀洗涤后在100°C下烘干，然后在950 °C下煅烧2h，获得纳米Ba(Fe0.5Ta0.5)03 粉体。
[0071 ]实例7
[0072]本发明一种低成本制备纳米Ba(Fef).5Ta0.5)03粉体的方法，包括如下步骤，(I)将摩尔比为1:3的Ta2O5与K2CO3混合均勾，在900°C煅烧2h后，将煅烧产物溶于水中，过滤不溶物得到澄清溶液备用；
[0073](2)将澄清的K3TaO4溶液用硝酸滴定至pH值为2，得到Ta(OH)^淀物，洗涤Ta(OH)5后得到Ta(OH)5粉体，将Ta(OH)5粉体溶解于草酸，并调节pH值为5后形成Ta5+前驱体溶液；
[0074](3)采用重量法标定前驱体，求得前驱体溶液中Ta5+物质的量浓度；
[0075](4)将双氧水滴加到Ta5+前驱体溶液中，滴加过程中对Ta5+前驱体溶液进行搅拌，然后在搅拌下同时依次加入H2C2O4.2H20粉体、Fe(NO3)3.9H20粉体和Ba(NO3)2粉体充分混合均匀后得到混合溶液，混合溶液中H2C2O4.2H20,Ba(NO3)2^Fe(NO3)3.9H20、Ta5+离子的摩尔比为6:2:1:1;
[0076](5)用NH3.H2O溶液调节混合溶液pH值为10后得到棕褐色沉淀；
[0077](6)将棕褐色沉淀洗涤后在100°C下烘干，然后在1000°C下煅烧2h，获得纳米Ba(Fe0.5Ta0.5)03 粉体。
[0078]制备的Ba(Fet).5Ta0.5)03粉体X射线衍射图谱如图1所不。扫描电子显微镜图像如图2所示。
【主权项】
1.一种低成本制备纳米Ba(Fet).5Ta0.5)03粉体的方法，其特征在于，包括如下步骤， (1)将摩尔比为I: 3的Ta2O5与K2CO3混合均匀，在900-1000°C煅烧2-4h后，将煅烧产物溶于水中，过滤不溶物得到澄清的K3TaO4溶液备用； (2)将澄清的K3TaO4溶液用硝酸滴定至pH值为1-2，得到Ta(0H) 5沉淀物，洗涤Ta (0H) 5沉淀物后得到Ta(OH)5粉体，将Ta(OH)5粉体溶解于草酸，并调节pH值为5-6后形成Ta5+前驱体溶液； (3)采用重量法标定前驱体，求得前驱体溶液中Ta5+的物质的量浓度； (4)将双氧水滴加到Ta5+前驱体溶液中，滴加过程中对Ta5+前驱体溶液进行搅拌，然后在搅拌下同时依次加入H2C2O4.2H20粉体、Fe(NO3)3.9H20粉体和Ba(NO3)2粉体充分混合均匀后得到混合溶液，混合溶液中H2C2O4.2H20,Ba(NO3)2^Fe(NO3)3.9H20、Ta5+离子的摩尔比为6:2:1:1; (5)用NH3.H2O溶液调节混合溶液pH值为9.5-10.5后得到棕褐色沉淀； (6)将棕褐色沉淀洗涤后在100-1200C下烘干，然后在900-1000°C下煅烧1.5_2h，获得纳米 Ba(Fet).5Ta0.5)03 粉体。2.根据权利要求1所述的一种低成本制备纳米Ba(FeQ.5Ta0.5)03粉体的方法，其特征在于，所述的步骤(I)中，煅烧产物溶于水时，进行加热搅拌0.5-lh，加热搅拌温度为40?50Γ。3.根据权利要求1所述的一种低成本制备纳米Ba(Fet).5Ta0.5)03粉体的方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，硝酸滴定速率为0.5?lmL/min。4.根据权利要求1所述的一种低成本制备纳米Ba(Fet).5Ta0.5)03粉体的方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，产生的Ta(OH)5沉淀物采用蒸馏水离心洗涤，洗涤次数为8?12遍。5.根据权利要求1所述的一种低成本制备纳米Ba(Fet).5Ta0.5)03粉体的方法，其特征在于，所述的步骤(3)中采用重量法标定前驱体时，具体步骤如下，称量坩祸质量，量取前驱体溶液50ml于坩祸，100°C烘干24h，将其于900-1000°C煅烧2h，称取坩祸和坩祸内了&205的总质量，减去坩祸质量，求得前驱体溶液中Ta5+的浓度。6.根据权利要求5所述的一种低成本制备纳米Ba(Fet).5Ta0.5)03粉体的方法，其特征在于，其中，至少量取两份等量的Ta5+前驱体溶液，分别在同条件下烘干、煅烧后称量重量，得到的浓度取平均值实现重量法标定。7.根据权利要求1所述的一种低成本制备纳米Ba(Fet).5Ta0.5)03粉体的方法，其特征在于，所述的步骤(4)中，双氧水的质量浓度为30%。8.根据权利要求1所述的一种低成本制备纳米Ba(Fet).5Ta0.5)03粉体的方法，其特征在于，所述的步骤(4)中，从双氧水滴加开始，搅拌0.5-lh后混合均匀。9.根据权利要求1所述的一种低成本制备纳米Ba(Fet).5Ta0.5)03粉体的方法，其特征在于，所述步骤(5)中，NH3.H2O溶液的滴定速率为0.5?lmL/min。
【文档编号】C04B35/626GK106032320SQ201610344870
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】王卓, 王添, 苟倩志, 舒伟豪, 肖雨佳
【申请人】陕西科技大学