钙钛矿型复合氧化物纳米晶体胶的制备方法_2

文档序号:9225403阅读:来源:国知局
03、YTiO 3 等。
[0039] 优选的,通式(b)中,A为血、卩6、(:〇、附、恥、5111、6(1或¥;
[0040] 优选的,步骤(2)中,所述惰性气体为氮气;
[0041] 优选的,步骤(2)中,将A源和Ti源在室温下溶于含水的醇溶剂中,制得透明混合 物;
[0042] 优选的,步骤(2)中,所述醇溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇中的一种或至少两种的混 合物;
[0043] 优选的,步骤⑵中,所述透明混合物中,水的体积百分比为1~10 %,例如2 %、 3%,5%,7%,8% ;
[0044] 优选的,步骤⑵中,所述透明混合物中,钛源的摩尔浓度为0. 05~0. 12mol/L L, 例如 0· 06mol/L、0. 08mol/L、0. 09mol/L、0. 10mol/L、0. llmol/L ;
[0045] 优选的,步骤(2)中,所述透明混合物先静置、老化,然后再将老化的透明混合物 静置于15~70°C的环境中;
[0046] 优选的,步骤⑵中,所述老化的温度为室温,所述老化的时间为4~12h,例如 5h、8h、10h、llh ;
[0047] 优选的,步骤(1)中,Ti源为Ti的异丙醇盐、正丁醇盐、乙醇盐中的一种。
[0048] -种钙钛矿型复合氧化物纳米晶体胶的制备方法,其特征在于,该钙钛矿型复合 氧化物纳米晶体胶用下述通式(C)表示:
[0049] BaBO3 (C)
[0050] 通式(c)中,B为VIIB族元素中的一种;
[0051] 通式(c)表示的钙钛矿型复合氧化物纳米晶体胶的制备方法包括如下步骤:
[0052] (1)分别提供Ba源和B源;
[0053] 其中,Ba源为Ba的有机醇盐,B源为B的乙酰丙酮盐;
[0054] (2)在惰性气体的保护下,根据通式(c)中各原子比例,将Ba源和B源溶于含水的 醇溶剂中,制得透明混合物,将所述透明混合物静置于15~70°C的环境中,制得如通式(c) 所示的纳米晶体胶,例如 20°C、23°C、25°C、30°C、35°C、38°C、40°C、45°C、48°C、50°C、55°C、 6(TC、65°C〇
[0055] 上述制备方法针对上述第二大类钙钛矿型复合氧化物的另一种情况,即B对 BaTiOj^ Ti进行全部取代,如BaMnO 3等。
[0056] 优选的,通式(c)中,B为Mn ;
[0057] 优选的,步骤(2)中,所述惰性气体为氮气;
[0058] 优选的,步骤(2)中,将Ba源和B源在室温下溶于含水的醇溶剂中,制得透明混合 物;
[0059] 优选的,步骤(2)中,所述醇溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇中的一种或至少两种的混 合;
[0060] 优选的,步骤⑵中,所述透明混合物中,水的体积百分比为1~10 %,例如2 %、 3%,5%,7%,8% ;
[0061] 优选的,步骤(2)中,所述透明混合物中,钡源的摩尔浓度为0. 05~0. 12mol/L,例 如 0· 06mol/L、0. 08mol/L、0. 09mol/L、0. 10mol/L、0. llmol/L ;
[0062] 优选的,步骤(2)中,所述透明混合物先静置、老化,然后再将老化的透明混合物 静置于15~70°C的环境中;
[0063] 优选的,步骤(2)中,所述老化的温度为室温,所述老化的时间为4~12h,例如 5h、8h、10h、llh ;
[0064] 优选的,步骤(1)中,所述Ba源为Ba的异丙醇盐、正丁醇盐、乙醇盐中的一种。
[0065] 优选的,在步骤(2)之后还包括步骤(3),将步骤(2)制备的纳米晶体胶分散至极 性溶剂中,制得钙钛矿复合氧化物纳米晶体胶体溶液。
[0066] 优选的,所述纳米晶体胶通过超声清洗器分散至极性溶剂中,这是因为纳米晶体 胶具有高分散性。
[0067] 优选的,所述极性溶剂为乙醇、糠醇、二甲基甲酰胺中的一种或至少两种的混合 物。
[0068] 优选的,所述钙钛矿复合氧化物纳米晶体胶体溶液中,所述纳米晶体胶的浓度为 10 ~60mg/mL〇
[0069] 本发明提供了一种"自聚集技术",即在低温、静态和不含表面活性剂的条件下合 成高纯度的钙钛矿型复合氧化物纳米晶体及其稳定胶体溶液的绿色技术。与现有技术相 比,本技术的优点在于:
[0070] (1)采用价格适中的高活性的有机金属醇盐或乙酰丙酮盐作为反应原料,除了简 单的溶剂醇(如乙醇或异丙醇)以外,不加任何表面活性剂、表面配体或高分子分散剂,也 不加任何强碱性的无机矿化剂(如KOH,NaOH等),从而简化反应,减少反应杂质的引入。本 制备方法可以100%转化得到高纯度的BaTiO3等钙钛矿型复合氧化物产物,没有表面配体、 表面活性剂或其他无机阳离子杂质等的干扰,唯一的副产物就是溶剂,如异丙醇,可以和反 应溶剂,如乙醇一起作为溶剂重复利用;
[0071] (2)在静态和近室温的条件下,通过控制金属醇盐的水解来诱导纳米晶体的自聚 集,产物从反应体系中整体式分离出来,大大简化合成的装置和步骤,并简化产物的分离和 提纯,无需通过高速离心的方法来收集纳米颗粒,从而提高合成的效率和产率,最后产率接 近100%。同时,实现溶剂的可回收利用,为低能耗,低排放的绿色合成提供可能性,并可应 用于大规模的合成开发;
[0072] (3)合成的纳米颗粒具有高的结晶度和优异的分散性,无需借助表面活性剂、分散 剂或高能研磨即可很好地分散在各种溶剂或介质中,例如无需借助任何表面配体,即可分 散至极性溶剂中形成高稳定的纳米胶体溶液。在此基础上,可以合成各种具有核壳结构的 纳米晶体。
[0073] 总之,本制备方法通过采用纳米颗粒的自聚集来制备钙钛矿型复合氧化物纳米晶 体胶,具体是在近室温和静态的条件下,采用自聚集技术合成了各种钙钛矿型复合氧化物 (包括以BaTiO3为基础的各类取代或掺杂)的纳米晶体胶。通过选用合适的金属有机前驱 体和醇溶剂,在适当的反应条件下,诱导纳米粒子的自我聚集能力,从而简化合成步骤,简 化分离和纯化,可大大提高合成的效率和产率(近100% ),减少溶剂的使用,作为一种绿色 合成方法可应用于大规模的合成开发。合成的纳米颗粒具有优异的单分散性,无需借助表 面配体,分散剂或高能研磨即可很好地分散在各种溶剂或介质中形成各种高稳定的纳米颗 粒胶体溶液。它们可以直接应用于各种低温的液相加工技术,如喷涂、旋涂或喷墨打印(包 括3D打印),特别有利于在柔性基体上的材料加工和柔性器件的构建。
【附图说明】
[0074] 图1为实施例1纳米晶体分别溶于乙醇和糠醇后制得的纳米晶胶体溶液;
[0075] 图2为实施例1制备的纳米颗粒的透射电镜图;
[0076] 图3为实施例3生成的白色凝胶在不同温度下,体积随时间的变化图;
[0077] 图4为实施例3、5、6、7中钙钛矿型复合氧化物纳米晶体胶的生成效果图;
[0078] 图5为实施例1、3、4制备的钙钛矿型复合氧化物纳米晶体胶的XRD图。
【具体实施方式】
[0079] 以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0080] 实施例1 !BaTiO3纳米晶体胶的制备
[0081] BaTiO3为最基础的钙钛矿型复合氧化物,其制备方法包括如下步骤:
[0082] (1)提供钡源和钛源;
[0083] 在干的氮气保护下,0. 719g金属钡首先溶解在32毫升的无水乙醇中,形成一个透 明溶液一一钡源(乙醇钡);钛源为异丙醇钛Ti (OiPr)4;其中,异丙醇钛可以直接采用商用 产品或由四氯化钛与异丙醇反应而得;
[0084] (2)在干的氮气保护下,在搅拌的情况下向步骤(1)制备的钡源中依次缓慢加入 1. 5毫升的异丙醇钛Ti(OiPr)JP 32毫升溶剂一一乙醇(溶剂中,水的体积百分比约为 5%)。随着搅拌的进行,溶液逐渐变成一种粘稠的透明溶液。去除搅拌棒,将该透明溶液 密封在密闭容器中,并在室温条件下老化4~12小时。将老化后的透明凝胶置于45°C~ 55°C温度的烘箱内加热2~6小时。随着时间的进行,白色块状的凝胶固体形成一整块结 构并从溶液中分离出来;最终的凝胶固体即为BaTiO3纳米晶体胶;
[0085] (3)步骤(2)制得的块状的凝胶产物通过超声清洗器就可以很容易地分散到各种 极性溶剂中(醇类溶剂如乙醇或糠醇,或聚合物的常用溶剂如二甲基甲酰胺DMF等),得到 如图1所示的透明而稳定的纳米晶胶体溶液,在图1中,a的溶剂为乙醇,b的溶剂为糠醇。 纳米晶胶体溶液中,纳米晶体胶的浓
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