一种镓酸镧固溶钛酸钡非晶的制备方法与流程

本发明涉及非晶材料制备方法技术领域，具体而言，涉及一种镓酸镧固溶钛酸钡非晶的制备方法。

背景技术：

非晶短程有序、长程无序、各向同性，具有许多优于晶体的物理性能、化学性能、电磁性能，在信息、能源、生物、精密机器、航空航天等方面有广阔的应用前景，受到了国内外研究者的广泛关注。

处在高能态的液态物质，随着温度降低或压力升高，会趋向低能量的稳定平衡晶态，在液态和晶态之间会存在很多的热力学亚稳相，包括不同能量状态的亚稳非晶相，随着能量逐渐降低非晶材料的结构发生变化变为稳定的晶态，如何能够使得液态物质在冷却后依旧保持亚稳非晶相是学术界的一项难题。

镓酸镧是当前一种发展良好的中温电解质材料，钛酸钡是一种十分重要的电子陶瓷材料，因其介电常数较高在电容器及传感器等方面有许多应用，两者同属钙钛矿结构，具有一定的固溶度。其中，镓酸镧固溶钛酸钡非晶相对于镓酸镧固溶钛酸钡晶体具有更加广阔的应用空间和市场价值。

现有技术中制备镓酸镧固溶钛酸钡非晶的过程需要在容器中进行镓酸镧固溶钛酸钡晶体加热后在快速冷却形成，冷却的过程由于与容器接触会形成非均质形核，不利于非晶的形成，也会影响最终形成的镓酸镧固溶钛酸钡非晶的性能。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种镓酸镧固溶钛酸钡非晶的制备方法，以解决现有技术中镓酸镧固溶钛酸钡非晶制备过程容易形成非均质形核的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种镓酸镧固溶钛酸钡非晶的制备方法，包括S10至步骤S30，其中，步骤S10：通过溶胶凝胶法或固相法制备镓酸镧固溶钛酸钡晶体，镓酸镧固溶钛酸钡的化学结构式为(1-x)LaGaO₃-xBaTiO₃；步骤S20：从镓酸镧固溶钛酸钡晶体上切取大小适中的晶体块放入激光悬浮炉的喷嘴中，调节喷嘴中的气流大小使得晶体块处于悬浮状态，开启激光悬浮炉的激光发生开关，通过激光将晶体块熔化为稳定的悬浮液滴；步骤S30：关闭激光发生开关，使得激光的功率迅速降为零，悬浮液滴冻结为透明镓酸镧固溶钛酸钡非晶。

进一步地，在步骤S10中，溶胶凝胶法包括步骤S111至步骤S120，其中，步骤S111：分别将硝酸镧、硝酸镓、柠檬酸溶解于去离子水与冰乙酸的混合液中，将得到的溶液混合、搅拌成透明溶液；步骤S112：将乙酸钡和钛酸四丁酯溶解于酒精和冰乙酸混合液当中，搅拌形成透明溶液；步骤S113：将步骤S111和步骤S112中得到的两种透明溶液混合、搅拌，在室温静置形成湿凝胶；步骤S114：将湿凝胶烘干为干凝胶；步骤S115：干凝胶顺次经过研碎成粉末；步骤S116：将粉末过筛并将粗大颗粒再次研磨，直至粉末全部通过筛选；步骤S117：将过筛后的粉末放在马弗炉中进行预烧；步骤S118：在预烧之后的粉末中加入粘结剂后搅拌形成颗粒；步骤S119：将颗粒压制成块状体；步骤S120：将块状体放在马弗炉中进行烧结形成镓酸镧固溶钛酸钡晶体。

进一步地，在步骤S112中，钛酸四丁酯与冰乙酸的体积比为1：4。

进一步地，在步骤S117中，预烧的温度为850℃，预烧时间为2小时，步骤S120中，烧结温度为1200℃，烧结时间为2小时。

进一步地，在步骤S113中，混合、搅拌后得到的溶液中的La³⁺离子、Ga³⁺离子、Ba²⁺离子、Ti⁴⁺离子的摩尔百分比之和为100％。

进一步地，在步骤S10中，固相法包括步骤S121至步骤S128，其中，步骤S121：氧化镧、氧化镓、碳酸钡和二氧化钛混合后球磨成为混合颗粒；步骤S122：将混合颗粒进行干燥；步骤S123：将干燥后的混合颗粒研碎成粉末；步骤S124：将粉末过筛并将粗大颗粒再次研磨，直至粉末全部通过筛选；步骤S125：将过筛后的粉末放在马弗炉中进行预烧；步骤S126：在预烧之后的粉末中加入粘结剂后搅拌形成颗粒；步骤S127：将颗粒压制成块状体；步骤S128：将块状体放在马弗炉中进行烧结形成镓酸镧固溶钛酸钡晶体。

进一步地，在步骤S121中，在氧化镧、氧化镓、碳酸钡和二氧化钛的混合物中加入助磨剂后再进行球磨。

进一步地，在步骤S125中，预烧的温度为900℃，预烧时间为24小时，在步骤S128中，烧结温度为1300℃，烧结时间为36小时。

进一步地，在步骤S121中，混合颗粒中的La³⁺离子、Ga³⁺离子、Ba²⁺离子、Ti⁴⁺离子的摩尔百分比之和为100％。

应用本发明的技术方案，镓酸镧固溶钛酸钡晶体在熔化和快速冷却凝固的过程中均悬浮在空中，不与任何容器接触，因而冷却时不会形成非均质形核，有利于促进镓酸镧固溶钛酸钡非晶的形成，能够使得镓酸镧固溶钛酸钡非晶的内部结构保持液态时的状态，进而使得镓酸镧固溶钛酸钡非晶保持良好的电学和力学性能，并且有利于使得液态熔体在相对低的冷却速度下就可以获得大的过冷，有利于非晶的形成特别是非晶形成能力差的材料体系。同时，本发明采用激光进行镓酸镧固溶钛酸钡晶体的熔化，激光能量高，因而熔化快速，效率高，且熔化和凝固的过程不与其他物体接触，因而不会引入杂质元素，有利于保持镓酸镧固溶钛酸钡非晶的纯度。本发明的镓酸镧固溶钛酸钡非晶的制备方法还具有操作方便、实用性强和便于推广应用的特点。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明的镓酸镧固溶钛酸钡非晶的制备方法的流程图；

图2示出了图1中的溶胶凝胶法制备镓酸镧固溶钛酸钡晶体的流程图；

图3示出了图1中的固相法制备镓酸镧固溶钛酸钡晶体的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

为解决现有技术中镓酸镧固溶钛酸钡非晶制备过程容易形成非均质形核的问题，本发明提供了一种镓酸镧固溶钛酸钡非晶的制备方法。

如图1所示，一种镓酸镧固溶钛酸钡非晶的制备方法包括步骤S10至步骤S30，其中，步骤S10：通过溶胶凝胶法或固相法制备镓酸镧固溶钛酸钡晶体，镓酸镧固溶钛酸钡的化学结构式为(1-x)LaGaO₃-xBaTiO₃；步骤S20：从镓酸镧固溶钛酸钡晶体上切取大小适中的晶体块放入激光悬浮炉的喷嘴中，调节喷嘴中的气流大小使得晶体块处于悬浮状态，开启激光悬浮炉的激光发生开关，通过激光将晶体块熔化为稳定的悬浮液滴；步骤S30：关闭激光发生开关，使得激光的功率迅速降为零，悬浮液滴冻结为透明镓酸镧固溶钛酸钡非晶。

由于在步骤S20和S30中，镓酸镧固溶钛酸钡晶体在熔化和快速冷却凝固的过程中悬浮在空中进行，不与任何容器接触，因而冷却的过程不会形成非均质形核，有利于促进镓酸镧固溶钛酸钡非晶的形成，能够使得镓酸镧固溶钛酸钡非晶的内部结构保持液态时的状态，进而使得镓酸镧固溶钛酸钡非晶保持良好的电学和力学性能，满足电子器件、催化、高温燃料电池、陶瓷、衬底材料等方面的需求，并且有利于使得液态熔体在相对低的冷却速度下就可以获得大的过冷，有利于非晶的形成特别是非晶形成能力差的材料体系。同时，本发明采用激光进行镓酸镧固溶钛酸钡晶体的熔化，激光能量高，因而熔化快速，效率高，且熔化和凝固的过程不与其他物体接触，因而不会引入杂质元素，有利于保持镓酸镧固溶钛酸钡非晶的纯度。

优选地，在步骤S20和S30中，喷嘴中喷出的气体的为氧气，由于镓酸镧固溶钛酸钡非晶中含有氧元素，因而采用氧气能够保证在制备的过程中不会在引入其他杂质，保证镓酸镧固溶钛酸钡非晶的纯净。

如图2所示，在步骤S10中，制备镓酸镧固溶钛酸钡晶体的方法之一，溶胶凝胶法包括步骤S111至步骤S120，其中，步骤S111：分别将硝酸镧、硝酸镓、柠檬酸溶解于去离子水与冰乙酸的混合液中，将得到的溶液混合、搅拌成透明溶液；步骤S112：将乙酸钡和钛酸四丁酯溶解于酒精和冰乙酸混合液当中，搅拌形成透明溶液；步骤S113：将步骤S111和步骤S112中得到的两种透明溶液混合、搅拌，在室温静置形成湿凝胶；步骤S114：将湿凝胶烘干为干凝胶；步骤S115：干凝胶顺次经过研碎成粉末；步骤S116：将粉末过筛并将粗大颗粒再次研磨，直至粉末全部通过筛选；步骤S117：将过筛后的粉末放在马弗炉中进行预烧；步骤S118：在预烧之后的粉末中加入粘结剂后搅拌形成颗粒；步骤S119：将颗粒压制成块状体；步骤S120：将块状体放在马弗炉中进行烧结形成镓酸镧固溶钛酸钡晶体。通过在上述步骤，完成镓酸镧固溶钛酸钡晶体的制备，从而为步骤S20准备好原材料。

具体地，在步骤S112中，钛酸四丁酯与冰乙酸的体积比为1：4。

优选地，在步骤S117中，预烧的温度为850℃，预烧时间为2小时；在步骤S120中，烧结温度为1200℃，烧结时间为2小时，从而使得原材料之间充分反应，并使得杂质被完全去除。

优选地，在步骤S113中，混合、搅拌后得到的溶液中的La³⁺离子、Ga³⁺离子、Ba²⁺离子、Ti⁴⁺离子的摩尔百分比之和为100％，从而保证经过上述步骤制备得到的镓酸镧固溶钛酸钡非晶的化学结构式为(1-x)LaGaO₃-xBaTiO₃。

如图3所示，在步骤S10中，制备镓酸镧固溶钛酸钡晶体的另一种方法，固相法包括步骤S121至步骤S128，其中，步骤S121：氧化镧、氧化镓、碳酸钡和二氧化钛混合后球磨成为混合颗粒；步骤S122：将混合颗粒进行干燥；步骤S123：将干燥后的混合颗粒研碎成粉末；步骤S124：将粉末过筛并将粗大颗粒再次研磨，直至粉末全部通过筛选；步骤S125：将过筛后的粉末放在马弗炉中进行预烧；步骤S126：在预烧之后的粉末中加入粘结剂后搅拌形成颗粒；步骤S127：将颗粒压制成块状体；步骤S128：将块状体放在马弗炉中进行烧结形成镓酸镧固溶钛酸钡晶体。通过在上述步骤，完成镓酸镧固溶钛酸钡晶体的制备，从而为步骤S20准备好原材料。

优选地，在步骤S121中，在氧化镧、氧化镓、碳酸钡和二氧化钛的混合物中加入助磨剂后再进行球磨，助磨剂有利于提高球磨效率，细化球磨后的颗粒度，减少后续研磨步骤的工作量。

优选地，在步骤S125中，预烧的温度为900℃，预烧时间为24小时；在步骤S128中，烧结温度为1300℃，烧结时间为36小时，从而使得原材料之间充分反应，并使得杂质被完全去除。

优选地，在步骤S121中，混合颗粒中的La³⁺离子、Ga³⁺离子、Ba²⁺离子、Ti⁴⁺离子的摩尔百分比之和为100％，从而保证经过上述步骤制备得到的镓酸镧固溶钛酸钡非晶的化学结构式为(1-x)LaGaO₃-xBaTiO₃。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

冷却时不会形成非均质形核，有利于促进镓酸镧固溶钛酸钡非晶的形成，能够使得镓酸镧固溶钛酸钡非晶的内部结构保持液态时的状态，进而使得镓酸镧固溶钛酸钡非晶保持良好的电学和力学性能，满足电子器件、催化、高温燃料电池、陶瓷、衬底材料等方面的需求，并且有利于使得液态熔体在相对低的冷却速度下就可以获得大的过冷，有利于非晶的形成特别是非晶形成能力差的材料体系。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。