珊瑚状半导化钛酸锶粉体的制备方法与流程

1.本发明属于电子信息半导体材料制备技术领域，具体涉及一种珊瑚状半导化钛酸锶粉体的制备方法。


背景技术：

2.具有钙钛矿结构的材料，如钛酸锶等srtio3、钛酸钡batio3，由于具有各种优异的电学、光学和磁学性能，被广泛应用于各类电子功能材料与器件中。
3.srtio3是由sro和tio2互相穿插组成，它的晶体结构由二价氧化态的锶sr
2+
，四价氧化态的钛ti
4+
和二价还原态的氧o2‑
组成，ti
4+
在立方晶胞的体心位置，o2‑
在晶胞的面心处，sr
2+
在晶胞的顶点位置；ti
4+
与o2‑
构成tio6八面体，sr
2+
被4个tio6八面体包围。ti
4+
与6个o2‑
配位，sr
2+
与12个o2‑
配位，在tio6八面体内ti
‑
3d轨道与o
‑
2p轨道杂交形成共价键，o2‑
与sr
2+
形成离子键，因此，srtio3同时具备共价键和离子键的性质，其间接禁带宽度是3.25ev，直接禁带宽度为3.75ev。晶格完整的srtio3是良好的绝缘体，导电性较差，但在电子功能材料的应用中，通常需要将其半导化，以提高其导电性。
4.常用的制备srtio3粉体的方法主要有溶胶
‑
凝胶法、水热法和高温固相法等。半导化srtio3的手段主要有两种，一种是通过掺杂异价金属离子，形成杂质缺陷电离，增加其载流子浓度；另一种是通过在真空或还原性气氛(如co和h2等)中，进行退火，形成氧空位，但是这些方法分别具有流程长、温度高、设备复杂等问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种珊瑚状半导化钛酸锶粉体的制备方法。
6.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
7.本发明实施例提供一种珊瑚状半导化钛酸锶粉体的制备方法，该方法为：
8.采用锶源、钛源和葡萄糖制得干凝胶；
9.将所述干凝胶置于坩埚中发生自蔓延反应，获得黑色粉料；
10.将所述黑色粉料与淀粉、聚乙烯醇(pva)混合球磨，经热处理冷却后，获得黑色粉体；
11.对所述黑色粉体经过洗涤、过滤后，获得半导化纳米srtio3粉体。
12.上述方案中，所述采用锶源、钛源和葡萄糖制得干凝胶，具体为：将锶源、钛源和葡萄糖溶于乙醇和水的混合溶液中，强力搅拌形成透明溶液；在所述透明溶液中加入葡萄糖，并且在水浴条件下形成粘稠凝胶，经干燥后获得干凝胶。
13.上述方案中，所述采用锶源、钛源和葡萄糖制得干凝胶，具体通过以下步骤实现：
14.步骤1.1、锶源采用sr(no3)2、钛源采用c
16
h
36
o4ti，纯度要求为分析纯ar；
15.步骤1.2、sr(no3)2和c
16
h
36
o4ti的摩尔比例为0.95～1:1；
16.步骤1.3、按照体积比1.5～4.5:1配置乙醇和水的混合溶液；
17.步骤1.4、将sr(no3)2和c
16
h
36
o4ti加入250～750ml的混合溶液中，室温下搅拌30～60min至完全溶解，获得透明溶液；
18.步骤1.5、向所述透明溶液中加入葡萄糖，以600～700r/min的速率磁力搅拌1～2h，形成粘稠凝胶；
19.步骤1.6、将所述粘稠凝胶在70～90℃下干燥12～16h，获得干凝胶。
20.上述方案中，所述将所述干凝胶置于坩埚中发生自蔓延反应，获得黑色粉料，具体通过以下步骤实现：
21.步骤2.1、将所述干凝胶放入带盖氧化铝坩埚中，压实；
22.步骤2.2、放入干凝胶的量小于坩埚容量的1/3；
23.步骤2.3、将所述坩埚放入马弗炉中，以升温速率20～25℃/min快速升温至400～800℃，发生自蔓延反应，并保温1～2h，冷却，获得黑色粉体。
24.上述方案中，所述将所述黑色粉料与淀粉、聚乙烯醇(pva)混合球磨，经热处理冷却后，获得黑色粉体，具体通过以下步骤实现：
25.步骤3.1、将所述黑色粉末、与淀粉、pva混合球磨；
26.步骤3.2、淀粉的添加量为150～200wt％，pva添加量为2％～5wt％。
27.步骤3.3、球磨转速为200～300r/min，时间为2～4h；
28.步骤3.4、将步骤3.1中的混合物置于坩埚中并放入马弗炉，以3～5℃/min的速率将马弗炉升温至500～800℃，保温1～3h，冷却至室温后研磨，获得黑色粉体。
29.上述方案中，对所述黑色粉体经过洗涤、过滤后，获得半导化纳米srtio3粉体，具体为：所述黑色粉体在去离子水中洗涤干燥，过300目筛后得到半导化纳米srtio3粉体。
30.与现有技术相比，本发明能够获得具有珊瑚状形貌特征且电阻率在50～250ω
·
cm的srtio3粉体。
附图说明
31.此处所说明的附图用来公开对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，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：
32.图1为本发明实施例1提供一种珊瑚状半导化钛酸锶粉体的制备方法制得的珊瑚状半导化钛酸锶粉体的形貌图；
33.图2为本发明实施例2提供一种珊瑚状半导化钛酸锶粉体的制备方法制得的珊瑚状半导化钛酸锶粉体的形貌图；
34.图3为本发明实施例3提供一种珊瑚状半导化钛酸锶粉体的制备方法制得的珊瑚状半导化钛酸锶粉体的形貌图；
35.图4为本发明实施例4提供一种珊瑚状半导化钛酸锶粉体的制备方法制得的珊瑚状半导化钛酸锶粉体的形貌图。
具体实施方式
36.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
37.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
38.本发明实施例提供一种珊瑚状半导化钛酸锶粉体的制备方法，该方法通过以下步骤实现为：
39.步骤1、采用锶源、钛源和葡萄糖制得干凝胶；
40.具体地，将锶源、钛源和葡萄糖溶于乙醇和水的混合溶液中，强力搅拌形成透明溶液；在所述透明溶液中加入葡萄糖，并且在水浴条件下形成粘稠凝胶，经干燥后获得干凝胶。
41.进一步地，所述采用锶源、钛源和葡萄糖制得干凝胶，具体通过以下步骤实现：
42.步骤1.1、锶源采用sr(no3)2、钛源采用c
16
h
36
o4ti，纯度要求为分析纯ar；
43.步骤1.2、sr(no3)2和c
16
h
36
o4ti的摩尔比例为0.95～1:1；
44.步骤1.3、按照体积比1.5～4.5:1配置乙醇和水的混合溶液；
45.步骤1.4、将sr(no3)2和c
16
h
36
o4ti加入250～750ml的混合溶液中，室温下搅拌30～60min至完全溶解，获得透明溶液；
46.步骤1.5、向所述透明溶液中加入葡萄糖，以600～700r/min的速率磁力搅拌1～2h，形成粘稠凝胶；
47.步骤1.6、将所述粘稠凝胶在70～90℃下干燥12～16h，获得干凝胶。
48.步骤2、将所述干凝胶置于坩埚中发生自蔓延反应，获得黑色粉料；
49.具体通过以下步骤实现：
50.步骤2.1、将所述干凝胶放入带盖氧化铝坩埚中，压实；
51.步骤2.2、放入干凝胶的量小于坩埚容量的1/3；
52.步骤2.3、将所述坩埚放入马弗炉中，以升温速率20～25℃/min快速升温至400～800℃，发生自蔓延反应，并保温1～2h，冷却，获得黑色粉体。
53.步骤3、将所述黑色粉料与淀粉、聚乙烯醇(pva)混合球磨，经热处理冷却后，获得黑色粉体；
54.具体通过以下步骤实现：
55.步骤3.1、将所述黑色粉末、与淀粉、pva混合球磨；
56.步骤3.2、淀粉的添加量为150～200wt％，pva添加量为2％～5wt％。
57.步骤3.3、球磨转速为200～300r/min，时间为2～4h；
58.步骤3.4、将步骤3.1中的混合物置于坩埚中并放入马弗炉，以3～5℃/min的速率将马弗炉升温至500～800℃，保温2h，冷却至室温后研磨，获得黑色粉体。
59.步骤4、对所述黑色粉体经过洗涤、过滤后，获得半导化纳米srtio3粉体。
60.具体地，所述黑色粉体在去离子水中洗涤干燥，过300目筛后得到半导化纳米srtio3粉体。
61.在本发明的制备方法中，以葡萄糖为分散剂及助燃剂，采用简单、易于实现的自蔓延反应合成srtio3，进一步通过在淀粉中埋烧，实现氧逸失，形成氧空位，获得半导化的
srtio3粉体。
62.利用本发明的制备方法制备出的srtio3，具有纳米级的珊瑚状结构，这样既保持了srtio3粉体的纳米尺度，具有很好的流动性与活性，又很好的保证了srtio3颗粒之间良好的电气连接，能够有效增强其导电性，显著提高了srtio3的电导率，所制备的srtio3电阻率为50～250ω
·
cm，是一种性能优异的电子功能材料的制备原料。
63.实施例1
64.本发明实施例1提供一种珊瑚状半导化钛酸锶粉体的制备方法，该方法通过以下步骤实现为：
65.步骤1、锶源采用sr(no3)2、钛源采用c
16
h
36
o4ti，纯度要求为分析纯ar；
66.步骤2、sr(no3)2和c
16
h
36
o4ti的摩尔比例为0.95:1；
67.步骤3、按照体积比1.5:1配置乙醇和水的混合溶液；
68.步骤4、将sr(no3)2和c
16
h
36
o4ti加入250ml的混合溶液中，室温下搅拌30min至完全溶解，获得透明溶液；
69.步骤5、向所述透明溶液中加入葡萄糖，以600r/min的速率磁力搅拌1h，形成粘稠凝胶；
70.步骤6、将所述粘稠凝胶在70℃下干燥12h，获得干凝胶。
71.步骤7、将所述干凝胶放入带盖氧化铝坩埚中，压实；
72.步骤8、放入干凝胶的量小于坩埚容量的1/3；
73.步骤9、将所述坩埚放入马弗炉中，以升温速率20℃/min快速升温至600℃，发生自蔓延反应，并保温1h，冷却，获得黑色粉体。
74.步骤10、将所述黑色粉末、与淀粉、pva混合球磨；
75.步骤11、淀粉的添加量为150wt％，pva添加量为2％wt％。
76.步骤12、球磨转速为200r/min，时间为2h；
77.步骤13、将步骤10中的混合物置于坩埚中并放入马弗炉，以3℃/min的速率将马弗炉升温至500℃，保温1h，冷却至室温后研磨，获得黑色粉体。
78.步骤14、所述黑色粉体在去离子水中洗涤干燥，过300目筛后得到半导化纳米srtio3粉体。
79.如图1所示，可以看出通过本发明实施例制得的到半导化纳米srtio3粉体具有珊瑚状形貌特征。
80.实施例2
81.本发明实施例2提供一种珊瑚状半导化钛酸锶粉体的制备方法，该方法通过以下步骤实现为：
82.步骤1、锶源采用sr(no3)2、钛源采用c
16
h
36
o4ti，纯度要求为分析纯ar；
83.步骤2、sr(no3)2和c
16
h
36
o4ti的摩尔比例为1:1；
84.步骤3、按照体积比4.5:1配置乙醇和水的混合溶液；
85.步骤4、将sr(no3)2和c
16
h
36
o4ti加入250～750ml的混合溶液中，室温下搅拌60min至完全溶解，获得透明溶液；
86.步骤5、向所述透明溶液中加入葡萄糖，以700r/min的速率磁力搅拌2h，形成粘稠凝胶；
87.步骤6、将所述粘稠凝胶在90℃下干燥16h，获得干凝胶。
88.步骤7、将所述干凝胶放入带盖氧化铝坩埚中，压实；
89.步骤8、放入干凝胶的量小于坩埚容量的1/3；
90.步骤9、将所述坩埚放入马弗炉中，以升温速率25℃/min快速升温至800℃，发生自蔓延反应，并保温2h，冷却，获得黑色粉体。
91.步骤10、将所述黑色粉末、与淀粉、pva混合球磨；
92.步骤11、淀粉的添加量为200wt％，pva添加量为5wt％。
93.步骤12、球磨转速为300r/min，时间为4h；
94.步骤13、将步骤10中的混合物置于坩埚中并放入马弗炉，以5℃/min的速率将马弗炉升温至800℃，保温3h，冷却至室温后研磨，获得黑色粉体。
95.步骤14、所述黑色粉体在去离子水中洗涤干燥，过300目筛后得到半导化纳米srtio3粉体。
96.如图2所示，可以看出通过本发明实施例制得的到半导化纳米srtio3粉体具有珊瑚状形貌特征。
97.实施例3
98.本发明实施例3提供一种珊瑚状半导化钛酸锶粉体的制备方法，该方法通过以下步骤实现为：
99.步骤1、锶源采用sr(no3)2、钛源采用c
16
h
36
o4ti，纯度要求为分析纯ar；
100.步骤2、sr(no3)2和c
16
h
36
o4ti的摩尔比例为0.96:1；
101.步骤3、按照体积比3:1配置乙醇和水的混合溶液；
102.步骤4、将sr(no3)2和c
16
h
36
o4ti加入250～750ml的混合溶液中，室温下搅拌30～60min至完全溶解，获得透明溶液；
103.步骤5、向所述透明溶液中加入葡萄糖，以500r/min的速率磁力搅拌1.5h，形成粘稠凝胶；
104.步骤6、将所述粘稠凝胶在80℃下干燥14h，获得干凝胶。
105.步骤7、将所述干凝胶放入带盖氧化铝坩埚中，压实；
106.步骤8、放入干凝胶的量小于坩埚容量的1/3；
107.步骤9、将所述坩埚放入马弗炉中，以升温速率23℃/min快速升温至600℃，发生自蔓延反应，并保温1.5h，冷却，获得黑色粉体。
108.步骤10、将所述黑色粉末、与淀粉、pva混合球磨；
109.步骤11、淀粉的添加量为180wt％，pva添加量为3wt％。
110.步骤12、球磨转速为250r/min，时间为3h；
111.步骤13、将步骤10中的混合物置于坩埚中并放入马弗炉，以4℃/min的速率将马弗炉升温至600℃，保温2h，冷却至室温后研磨，获得黑色粉体。
112.步骤14、所述黑色粉体在去离子水中洗涤干燥，过300目筛后得到半导化纳米srtio3粉体。
113.如图3所示，可以看出通过本发明实施例制得的到半导化纳米srtio3粉体具有珊瑚状形貌特征。
114.实施例4
115.本发明实施例4提供一种珊瑚状半导化钛酸锶粉体的制备方法，该方法通过以下步骤实现为：
116.步骤1、锶源采用sr(no3)2、钛源采用c
16
h
36
o4ti，纯度要求为分析纯ar；
117.步骤2、sr(no3)2和c
16
h
36
o4ti的摩尔比例为0.97:1；
118.步骤3、按照体积比4.2:1配置乙醇和水的混合溶液；
119.步骤4、将sr(no3)2和c
16
h
36
o4ti加入650ml的混合溶液中，室温下搅拌50min至完全溶解，获得透明溶液；
120.步骤5、向所述透明溶液中加入葡萄糖，以500r/min的速率磁力搅拌2h，形成粘稠凝胶；
121.步骤6、将所述粘稠凝胶在80℃下干燥13h，获得干凝胶。
122.步骤7、将所述干凝胶放入带盖氧化铝坩埚中，压实；
123.步骤8、放入干凝胶的量小于坩埚容量的1/3；
124.步骤9、将所述坩埚放入马弗炉中，以升温速率24℃/min快速升温至600℃，发生自蔓延反应，并保温1.8h，冷却，获得黑色粉体。
125.步骤10、将所述黑色粉末、与淀粉、pva混合球磨；
126.步骤11、淀粉的添加量为190wt％，pva添加量为3.3wt％。
127.步骤12、球磨转速为280r/min，时间为3.5h；
128.步骤13、将步骤10中的混合物置于坩埚中并放入马弗炉，以4℃/min的速率将马弗炉升温至650℃，保温2.5h，冷却至室温后研磨，获得黑色粉体。
129.步骤14、所述黑色粉体在去离子水中洗涤干燥，过300目筛后得到半导化纳米srtio3粉体。
130.如图4所示，可以看出通过本发明实施例制得的到半导化纳米srtio3粉体具有珊瑚状形貌特征。
131.分别对实施例1
‑
4制得的半导化纳米srtio3粉体进行电阻率测试，具体电阻率如表1所示：
[0132][0133]
可以看出，通过本发明制得的半导化纳米srtio3粉体具有纳米级的珊瑚状结构，且其电阻率为50～250ω
·
cm，显著提高了srtio3的电导率，是一种性能优异的电子功能材料的制备原料。
[0134]
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。