一种纳米BaTi1-xSnxO3粉体的制备方法

本发明属于新型纳米材料，更具体地，涉及一种纳米bati1-xsnxo3粉体的制备方法。

背景技术：

1、batio3基纳米粉体是电子功能陶瓷与元器件领域重要的基础原料。高纯度的batio3基纳米粉体在多层陶瓷电容器(mlcc)、热敏电阻(ptc)等铁电、介电电子器件方面应用广泛。batio3基纳米粉体的颗粒尺寸、四方相结构对相关器件的小型化、稳定性、高性能、低烧结温度等至关重要。随着batio3基电子器件应用的拓展，需要调节其居里温度(tc)来调控其铁电性、压电性和热释电性能，以满足不同的应用场景。sn掺杂可以起到很好的调控batio3基材料的居里温度、铁电、热释电和压电等性能。

2、钛酸钡基纳米粉体制备主要通过共沉淀法和水热法制备，其中共沉淀法成本更低。目前，共沉淀法所制备颗粒尺寸普遍达到几百纳米，且主要关注于纯的batio3纳米粉体合成，sn掺杂batio3纳米粉体的共沉淀法合成还没有，不利于满足小型化mlcc器件和不同温度应用片式ptc等应用的需求。急需开发低成本、小尺寸、高分散性bati1-xsnxo3颗粒合成方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种纳米bati1-xsnxo3粉体的制备方法，以解决现有技术sn掺杂batio3纳米粉体制备空白、batio3纳米粉体尺寸大、成本高等的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种纳米bati1-xsnxo3粉体的制备方法，包括如下步骤：

3、(1)将钡源、钛源和锡源混合后搅拌均匀形成ba-ti-sn源混合溶液；其中所述混合溶液中元素ba、ti和sn的摩尔比为1.5:(1-x)：x，其中0≤x≤0.3；

4、(2)将马来酸溶液滴加至步骤(1)所述ba-ti-sn源混合溶液中，搅拌至ph小于1，得到澄清溶液；

5、(3)将碱液滴加至步骤(2)得到的澄清溶液中，搅拌至ph为7或以上，得到钛氧马来酸钡悬浮混合物，然后加热溶液数小时，之后固液分离，将得到的固相钡钛锡氢氧化物沉淀清洗后与形核抑制剂的水溶液混合并搅拌均匀，得到形核抑制剂-沉淀混合物，然后将该混合物进行干燥，得到干燥产物；

6、(4)将步骤(3)得到的干燥产物烧结得到纳米bati1-xsnxo3粉体。

7、优选地，步骤(1)所述钡源为氯化钡或硝酸钡的水溶液，所述钡源中钡离子的浓度为0.1～0.2mol/l；所述钛源溶液为四氯化钛溶解于水和异丙醇中得到的溶液，其中钛离子的浓度为0.1～0.2mol/l；所述锡源为四氯化锡溶解于水和异丙醇中得到的溶液，其中锡离子的浓度为0.1～0.2mol/l。

8、优选地，步骤(2)所述马来酸溶液中马来酸的浓度大于0，且小于0.2mol/l，优选为0.05～0.15mol/l。

9、优选地，步骤(3)所述碱液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液和氨水中的一种或多种；步骤(3)搅拌至ph为7～13.5，得到钛氧马来酸钡悬浮混合物，然后加热溶液3～5h。

10、优选地，步骤(3)加热溶液其加热温度为70～85℃。

11、优选地，步骤(3)所述固液分离为真空条件下抽滤。

12、优选地，步骤(3)所述形核抑制剂为葡萄糖、蔗糖和可溶性淀粉中的一种或多种，所述形核抑制剂的水溶液中形核抑制剂的浓度为25～50wt％。

13、优选地，步骤(3)所述干燥为冷冻干燥。

14、优选地，所述冷冻干燥其干燥温度小于或等于-15℃，进一步优选为-35℃～-45℃，干燥时间为24～48h。

15、优选地，步骤(4)在空气气氛下、1000℃～1200℃条件下烧结3～5小时。

16、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下

17、有益效果：

18、(1)本方法采用一种改进的共沉淀法制备了大小可以控制在200nm以内的bati1-xsnxo3基粉体颗粒(x＝0～0.3),以四氯化钛、氯化钡、氯化锡为原料，以马来酸为沉淀剂，经滴定沉淀反应、液相均匀反应、洗涤过滤、冷冻干燥、热分解等步骤后制备得到纳米四方相钛酸钡或锡掺杂钛酸钡粉体。

19、(2)本发明采用了马来酸作为沉淀剂，相对于目前报道的酒石酸成本有所降低，得到的bati1-xsnxo3基(x＝0～0.3)纳米粉体为四方相而非立方相，且可以控制颗粒直径在200nm以内。

20、(3)本发明填补了共沉淀法合成bati1-xsnxo3纳米粉体的技术空白。获得了tc可调的bati1-xsnxo3纳米粉体，能满足不同温度下不同规格ptc器件对钛酸钡基纳米粉体的要求。

21、(4)本发明通过在热分解合成过程中增加碳源作为形核抑制剂，可以将batio3纳米粉体颗粒的尺寸减小到50nm左右，为更小尺寸mlcc和片式ptc器件的原料制备提供了解决方案。

22、(5)本发明提供的一种马来酸工艺制备bati1-xsnxo3基纳米粉体的方法，工艺简单、操作简易、分散性好、粒径均匀可控，适合大规模生产。

技术特征：

1.一种纳米bati1-xsnxo3粉体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述钡源为氯化钡或硝酸钡的水溶液，所述钡源中钡离子的浓度为0.1～0.2mol/l；所述钛源溶液为四氯化钛溶解于水和异丙醇中得到的溶液，其中钛离子的浓度为0.1～0.2mol/l；所述锡源为四氯化锡溶解于水和异丙醇中得到的溶液，其中锡离子的浓度为0.1～0.2mol/l。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述马来酸溶液中马来酸的浓度大于0，且小于0.2mol/l，优选为0.05～0.15mol/l。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述碱液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液和氨水中的一种或多种；步骤(3)搅拌至ph为7～13.5，得到钛氧马来酸钡悬浮混合物，然后加热溶液3～5h。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)加热溶液其加热温度为70～85℃。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述固液分离为真空条件下抽滤。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述形核抑制剂为葡萄糖、蔗糖和可溶性淀粉中的一种或多种，所述形核抑制剂的水溶液中形核抑制剂的浓度为25～50wt％。

8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述干燥为冷冻干燥。

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述冷冻干燥其干燥温度小于或等于-15℃，优选为-35℃～-45℃，干燥时间为24～48h。

10.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)在空气气氛下、1000℃～1200℃条件下烧结3～5小时。

技术总结
本发明属于新型纳米材料技术领域，更具体地，涉及一种纳米BaTi<subgt;1‑x</subgt;Sn<subgt;x</subgt;O<subgt;3</subgt;粉体的制备方法。以四氯化钛、氯化钡、氯化锡为原料，以马来酸为沉淀剂，经滴定沉淀反应、液相均匀反应、洗涤过滤、冷冻干燥、热分解等步骤后制备得到纳米四方相钛酸钡或锡掺杂钛酸钡粉体。制备得到的Sn掺杂BaTiO<subgt;3</subgt;粉体可以满足不同掺杂浓度的需求，分散性好，纯BaTiO<subgt;3</subgt;的c/a大于1.006，粒径在44nm到200nm之间，均匀可控。

技术研发人员：董文,傅邱云,哈斯内恩,陈龙,闫凤俊
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13