一种钛酸锶钡晶须材料的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种钛酸锶钡晶须材料的制备方法，包括：(1)称取醋酸钡和醋酸锶溶解在冰乙酸中，标记为溶液A；(2)称取钛酸丁酯溶解在无水乙醇中，标记为溶液B；(3)去离子水和乙二醇甲醚混合，标记为溶液C；(4)将溶液B和溶液C用玻璃棒缓慢引流到溶液A中；(5)将混合溶液放入60℃恒温水浴锅中保温1h，得到凝胶；(6)将烘干的凝胶研磨成粒径为5—20um的凝胶粉末；(7)将凝胶粉末放入水热反应釜中，200—250℃下保温9—15h；(8)将(7)所得产物清洗、过滤、干燥，得到钛酸锶钡晶须。本发明原理可靠，工艺简单，易于操作，可制备出具有优良的电磁性能和力学性能的钛酸锶钡晶须材料，具有广阔的市场前景。
【专利说明】一种钛酸锶钡晶须材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种钛酸锶钡晶须材料的制备方法，属于功能材料领域。
【背景技术】
[0002]钛酸锶钡(BaxSivxTiO3,1，缩写为BST)是铁电材料的典型代表，其阳离子成分介于钛酸锶和钛酸钡两者之间，它的介电常数以及居里温度等性能可以随着阳离子成分的调节而改变，因而它是一种性能优异且一直受到广泛关注的压电材料。
[0003]现在一方面多采用水热合成法、溶胶凝胶法、脉冲激光沉积技术以及放电等离子烧结方法制备钛酸锶钡粉体以及超细粉体，另一方面应用溶胶凝胶法、射频磁控溅射法等制备钛酸锶钡薄膜。晶须是以单晶形式生长成的具有一定长径比的一维材料，其直径小，原子高度有序。钛酸锶钡晶须，其晶体择优生长，使得BST晶须具有各向异性，对于提高钛酸锶钡材料的压电性能具有重要意义。
[0004]本发明采用溶胶凝胶法制备钛酸锶钡前驱体，然后将前驱体进行水热处理，进而得到钛酸锶钡晶须。其中溶胶凝胶法具有操作简单、对实验条件要求低、成分易控制、不引入杂质物质、得到的前驱体成分均匀等优点；水热反应与传统的烧结相比，反应温度低，反应物在溶液中分散均匀，并伴随有高压，这样就可能得到在大气压下无法得到的产物。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种钛酸锶钡晶须材料的制备方法，原理可靠，工艺简单，易于操作，可制备出具有优良的电磁性能和力学性能的钛酸锶钡晶须材料，填补了现有技术的空白，具有广阔的市场前景。
[0006]为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。
[0007]本发明采用溶胶凝胶法制备钛酸锶钡干凝胶作为前驱体，然后将前驱体采用水热生长法制备出钛酸锶钡晶须，具体步骤如下:
[0008](I)称取醋酸钡CH3COO) 2Ba和醋酸锶(CH3COO) 2Sr.0.5H20,使Ba与Sr的摩尔比为1:1，将其溶解在40 — 100mL冰乙酸中，总的溶液浓度为0.8 — 2mol/L，用玻璃棒不断搅拌，在搅拌过程中采用水浴加热以加快溶解，标记为溶液A ；
[0009](2)称取钛酸丁酯，使Ti与Ba的摩尔比为2:1，将其溶解在40 — 100mL无水乙醇中，标记为溶液B ；
[0010](3)量取40 — 100mL去离子水和20— 50ml乙二醇甲醚，将两者混合，标记为溶液C；
[0011](4)将溶液B用玻璃棒缓慢引流到溶液A中，用磁力搅拌器不断搅拌溶液A，将溶液C用玻璃棒缓慢引流到已加入溶液B的溶液A中，同样用磁力搅拌器不断搅拌溶液A，溶液混合之后，用磁力搅拌器搅拌混合溶液Ih以上，使其混合均匀；
[0012](5)将混合溶液放入60°C的恒温水浴锅中保温Ih左右，得到凝胶，然后将凝胶放入干燥箱中75°C干燥120h ；[0013](6)将烘干的凝胶取出，研磨成粒径为5 — 20um的凝胶粉末，作为水热前驱体；
[0014](7)称量5 — IOg凝胶粉末放入容积为50ml的水热反应釜中，用2mol/LK0H作为矿化剂，填充度控制在70— 95%，反应釜温度控制在200— 250°C左右，保温时间为9一 15h ；
[0015](8)将(7)所得产物用去离子水和无水乙醇多次清洗，再用超声波震荡使晶须与粉体、粉体与粉体、晶须与晶须分散，然后用625目过滤筛进行过滤，将过滤后的物质干燥，得到钛酸锶钡晶须。
[0016]在制备过程中，使用的是316不锈钢高温高压水热反应釜，内胆是本体材料。
[0017]在制备过程中，使用的原料皆是市售化学纯。
[0018]与现有 技术相比，本发明的有益效果在于:
[0019](I)本发明采用溶胶凝胶法与水热合成生长法结合的制备方法，分别利用各自的优点，采用这种多种制备方法相结合的方式来制备不易得的新型材料。
[0020](2)制备出的钛酸锶钡晶须，径向长度100~500um，轴向直径为0.5~5um，长径比为50~200，可以利用其各向异性作为功能材料，尤其是作为电子材料进行使用。
[0021](3)制备出的钛酸锶钡晶须，可以利用其力学性能作为增强增韧复合材料进行使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明制备的钛酸锶钡晶须的XRD图。
[0023]图2是本发明制备的钛酸锶钡晶须的SEM图。
【具体实施方式】
[0024]以下结合实施例进一步说明本发明，但所有实施例并不构成对本发明的限制。
[0025]实施例1
[0026](I)称量 10.2169g (CH3COO) 2Ba、8.5894g (CH3COO) 2Sr.0.5H20 (Ba 与 Sr 的摩尔比为1:1)，然后将二者溶解于80ml冰乙酸，溶液浓度为lmol/L，用玻璃棒不断搅拌，在搅拌过程中采用水浴加热以加快溶解，标记为溶液A ;
[0027](2)称量27.2289g钛酸丁酯(Ti与Ba的摩尔比为2:1)，将其溶解在80ml无水乙醇中，标记为溶液B;
[0028](3)量取80ml去离子水和40ml乙二醇甲醚，将两者混合，标记为溶液C ；
[0029](4)将全部溶液B用玻璃棒缓慢引流到溶液A中，用磁力搅拌器不断地搅拌溶液A，将全部溶液C用玻璃棒缓慢引流到已加入溶液B的溶液A中，同样用磁力搅拌器不断地搅拌溶液A，溶液混合之后，用磁力搅拌器搅拌混合溶液Ih以上，使其混合均匀；
[0030](5)将混合溶液放入60°C的恒温水浴锅中保温Ih左右，得到凝胶，然后将凝胶放入干燥箱中75°C干燥120h ；
[0031](6)将烘干的凝胶取出，研磨成粒径为5~20um的凝胶粉末，作为水热前驱体；
[0032](7)称量5g凝胶粉末放入容积为50ml的水热反应釜中，用2mol/L的KOH作为矿化剂，反应釜的填充度为80%，反应釜温度为230°C，保温时间为12h ；
[0033](8)将步骤(7)的产物取出，用去离子水和无水乙醇进行多次清洗，再用超声波震荡使晶须与粉体、粉体与粉体、晶须与晶须分散，然后用625目的过滤筛进行过滤，将过滤后的物质干燥，得到钛酸锶钡晶须。
[0034]图1是实施例1制备的钛酸锶钡晶须的XRD图。从图中可以得出，其衍射角度与标准卡片#39-1395的衍射角度相符合，其(110)面衍射强度很大，并且各个衍射峰都很尖锐。
[0035]图2是实施例1制备的钛酸锶钡晶须的SEM图。从图中可以看出，晶须径向长度在100~300um之间，轴向直径为I~5um，长径比在30~100之间。
[0036]实施例2
[0037](I)称量 10.2169g (CH3COO) 2Ba、8.5894g (CH3COO) 2Sr.0.5H20 (Ba 与 Sr 的摩尔比为1:1)，然后将二者溶解于80ml冰乙酸，溶液浓度为lmol/L，用玻璃棒不断搅拌，在搅拌过程中采用水浴加热以加快溶解，标记为溶液A ;
[0038](2)称量27.2289g钛酸丁酯(Ti与Ba的摩尔比为2:1)，将其溶解在80ml无水乙醇中，标记为溶液B;
[0039](3)量取80ml去离子水和40ml乙二醇甲醚，将两者混合，标记为溶液C ；
[0040](4)将全部溶液B用玻璃棒缓慢引流到溶液A中，用磁力搅拌器不断地搅拌溶液A，将全部溶液C用玻 璃棒缓慢引流到已加入溶液B的溶液A中，同样用磁力搅拌器不断地搅拌溶液A，用磁力搅拌器搅拌混合溶液Ih以上，使其混合均匀；
[0041](5)将混合溶液放入60°C的恒温水浴锅中保温Ih左右，得到凝胶，然后将凝胶放入干燥箱中75°C干燥120h ；
[0042](6)将烘干的凝胶取出，研磨成5~20um的凝胶粉末，作为水热前驱体；
[0043](7)称量5g凝胶粉末放入容积为50ml的水热反应釜中，用2mol/L的KOH作为矿化剂，反应釜的填充度为85%，反应釜温度为230°C，保温时间为12h ；
[0044](8)将步骤(7)的产物取出，用去离子水和无水乙醇进行多次清洗，再用超声波震荡使晶须与粉体、粉体与粉体、晶须与晶须分散，然后用625目的过滤筛进行过滤，将过滤后的物质干燥，得到钛酸锶钡晶须。
[0045]实施例3
[0046](I)称量 10.2169g (CH3COO) 2Ba、8.5894g (CH3COO) 2Sr.0.5H20 (Ba 与 Sr 的摩尔比为1:1)，然后将二者溶解于80ml冰乙酸，溶液浓度为lmol/L，用玻璃棒不断搅拌，在搅拌过程中采用水浴加热以加快溶解，标记为溶液A ;
[0047](2)称量27.2289g钛酸丁酯(Ti与Ba的摩尔比为2:1)，然后将其溶解在80ml无水乙醇中，标记为溶液B;
[0048](3)量取80ml去离子水和40ml乙二醇甲醚，将两者混合，标记为溶液C ；
[0049](4)将溶液B用玻璃棒缓慢引流到溶液A中，用磁力搅拌器不断地搅拌溶液A，将溶液C用玻璃棒缓慢引流到溶液A中，同样用磁力搅拌器不断地搅拌溶液A，溶液混合之后，用磁力搅拌器搅拌混合溶液Ih以上，使其混合均匀；
[0050](5)将混合溶液放入60°C的恒温水浴锅中保温Ih左右，得到凝胶，然后将凝胶放入干燥箱中75°C干燥120h ；
[0051](6)将烘干的凝胶取出，研磨成粒径为5~20um的凝胶粉末，作为水热前驱体；
[0052](7)称量5g凝胶粉末放入容积为50ml的水热反应釜中，用2mol/L的KOH作为矿化剂，反应釜的填充度为90%，反应釜温度为230°C，保温时间为12h ；[0053](8)将步骤(7)的产物取出，用去离子水和无水乙醇进行多次清洗，再用超声波震荡使晶须与粉体、粉体与粉体、晶须与晶须分散，然后用625目的过滤筛进行过滤，将过滤后的物质干燥，得到钛酸锶钡晶须 。
【权利要求】
1.一种钛酸锶钡晶须材料的制备方法，依次包括以下步骤: (1)称取醋酸钡CH3COO)2Ba和醋酸锶(CH3COO) 2Sr.0.5Η20,使Ba与Sr的摩尔比为1:1，将其溶解在40 — 100mL冰乙酸中，总的溶液浓度为0.8 — 2mol/L，标记为溶液A ； (2)称取钛酸丁酯，使Ti与Ba的摩尔比为2:1，将其溶解在40— 100mL无水乙醇中，标记为溶液B ；(3)量取40— 100mL去离子水和20— 50ml乙二醇甲醚，将两者混合，标记为溶液C ； (4)将溶液B用玻璃棒缓慢引流到溶液A中，将溶液C用玻璃棒缓慢引流到已加入溶液B的溶液A中，用磁力搅拌器搅拌混合溶液，使其混合均匀； (5)将混合溶液放入60°C的恒温水浴锅中保温Ih左右，得到凝胶； (6)将烘干的凝胶取出，研磨成粒径为5— 20um的凝胶粉末； (7)称量5— IOg凝胶粉末放入水热反应釜中，用2mol/LK0H作为矿化剂，填充度控制在70— 95%，反应釜温度控制在200— 250°C左右，保温时间为9一 15h ； (8)将(7)所得产物用去离子水和无水乙醇清洗，再用超声波震荡，然后用625目过滤筛进行过滤，将过滤后 的物质干燥，得到钛酸锶钡晶须。
【文档编号】C30B29/62GK103924300SQ201410191657
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年5月7日 优先权日:2014年5月7日
【发明者】李松霞, 杨平, 薛屺, 张进 申请人:西南石油大学