專利名稱：一種制備納米鈦酸鋇粉體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以N-羥甲基丙烯酰胺為單體制備鈦酸鋇納米粉體的方法，屬于無機粉體材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
碳酸鋇電子陶瓷由于具有較高的介電常數(shù)，良好的鐵電、壓電及絕緣性能，所以主要用于多層電容器、PTC元件、壓電換能器和半導體材料等領(lǐng)域。由于鈦酸鋇電子陶瓷是以碳酸鋇粉體為原料經(jīng)過成型與燒結(jié)形成陶瓷體而制備得到的，因此鈦酸鋇粉體的質(zhì)量直接影響最終的鈦酸鋇電子陶瓷產(chǎn)品的性能。近年來，隨著電子元件向小型化、高性能化、集成化和多功能化的方向發(fā)展，對鈦酸鋇電子陶瓷粉體原料提出了以下要求粒度小、粒徑分布均勻、分散性好、結(jié)晶度高且燒結(jié)性能好。目前，鈦酸鋇粉體的制備方法主要有固相法、共沉淀法、水熱法、溶膠-凝膠法、微乳液法等。其中固相法制得的鈦酸鋇顆粒比較粗大、分散性差、組分分布不均勻、后續(xù)的球磨也容易引入雜質(zhì)；共沉淀法反應條件不易控制，工藝穩(wěn)定性較差，適用范圍較窄；水熱法由于需要高溫高壓對設備要求高，耗時長；溶膠-凝膠法的原料成本高，操作條件不易控制，合成周期長，難以實現(xiàn)工業(yè)化；微乳液法操作過程復雜且產(chǎn)物易夾雜碳酸鋇雜相。高分子網(wǎng)絡凝膠法是在1989年制備YBa2Cu3CVx粉體中首先采用的的一種新的粉體制備方法。高分子網(wǎng)絡凝膠法是采用無機鹽水溶液為原料，利用丙烯酰胺自由基聚合的作用以及N，N-亞甲基雙丙烯酰胺兩個活性雙鍵的交聯(lián)反應，將高分子鏈連接起來構(gòu)成三維網(wǎng)絡從而獲得凝膠，再經(jīng)干燥、煅燒制得粉體，特別適合制備多組分復合氧化物粉體。高分子網(wǎng)絡凝膠法具有原料要求簡單、工藝簡單、適用范圍廣、化學計量比準確、團聚少、粒度分布均勻等優(yōu)點。但是該方法由于加入的有機物多對煅燒的要求比較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是為解決現(xiàn)有技術(shù)上存在的不足，提供了一種制備鈦酸鋇納米粉體的方法，特別是以N-羥甲基丙烯酰胺為單體制備鈦酸鋇納米粉體的方法，即一種改進的高分子網(wǎng)絡凝膠法。本發(fā)明以N-羥甲基丙烯酰胺為單體制備鈦酸鋇納米粉體的方法是以金屬鹽為原料，加入有機溶液并調(diào)節(jié)PH值制得混合溶液，再加入單體、引發(fā)劑，在一定溫度下聚合制得高分子網(wǎng)絡凝膠，經(jīng)干燥、煅燒后得到鈦酸鋇納米粉體。具體制備步驟如下
(1)混合溶液的制備首先將鈦酸丁酯與有機溶液按體積比為I:3 8，將鈦酸丁酯加入有機溶液中，用氨水調(diào)節(jié)PH值6、得到溶液A ;然后按碳酸鋇與有機溶液質(zhì)量比為I :8 13，將碳酸鋇加入有機溶液中，用氨水調(diào)節(jié)PH值6、得到溶液B ;然后按Ti :Ba摩爾比為I :ri. 2，將溶液A和溶液B混合攪拌均勻，并用氨水調(diào)節(jié)pH值6、得到混合溶液；
(2)高分子網(wǎng)絡凝膠的制備按I:0. 05、. 5的體積比，在步驟(I)得到的混 合溶液中加入有機單體并攪拌使其溶解，然后按I :0. OfO. I的體積比，將引發(fā)劑加入上述溶液，在5(T9(TC下聚合5 30min，使溶液充分反應聚合形成高分子網(wǎng)絡凝膠；
(3)干燥、燒結(jié)將步驟(2)得到的高分子網(wǎng)絡凝膠放置在5(T10(TC的條件下干燥10 24h，然后將其置于爐中，以2 6°C /min的升溫速率，加熱至60(T80(TC保溫l 3h，然后隨爐冷卻至常溫，得到鈦酸鋇納米粉體。所述的有機溶液為濃度0. 5^3mol/l的檸檬酸三銨，檸檬酸三銨可以用作溶劑和絡合劑。所述pH調(diào)節(jié)劑為3 8mol/l的氨水。所述的有機單體為N-羥甲基丙烯酰胺，所用的濃度為0. 5^10mol/l, N-羥甲基丙烯酰胺具有自交聯(lián)功能，可以避免使用交聯(lián)劑有利于提高產(chǎn)物純度，而且其毒性比常用的丙烯酰胺單體要低。所述引發(fā)劑為0. r5mol/l的過硫酸胺。
本發(fā)明所提到的試劑均為普通市售。本發(fā)明具有以下優(yōu)點和積極效果
1、本發(fā)明方法具有原料要求簡單，工藝過程簡單，成本低等優(yōu)點；
2、本發(fā)明方法制備的納米鈦酸鋇粉體粒度小(平均粒度為80nm)、粒徑分布均勻、團聚少、化學計量比準確、純度高；
3、本發(fā)明方法適合于制備多組分復合氧化物納米粉體。4、本方法由于形成高分子網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的凝膠，煅燒時所留下的交叉網(wǎng)絡空隙還可以阻礙粉粒的燒結(jié)粗化，所以經(jīng)煅燒后制得的鈦酸鋇粉體疏松、團聚少、粒徑分布均勻。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步闡述，但本發(fā)明不限于以下所述范圍。實施例I :本實施例利用一種以N-羥甲基丙烯酰胺為單體制備鈦酸鋇納米粉體的方法是以金屬鹽為原料，加入有機溶液并調(diào)節(jié)PH值為7. 5制得混合溶液，再加入單體、弓丨發(fā)劑，在70°C下聚合制得高分子網(wǎng)絡凝膠，經(jīng)干燥、煅燒后得到鈦酸鋇納米粉體。具體制備步驟如下
(1)混合溶液的制備首先按鈦酸丁酯與有機溶劑體積比為I:4，將鈦酸丁酯緩慢加入有機溶液中，用氨水調(diào)節(jié)PH值為7. 5得到溶液A ;然后按碳酸鋇與有機溶液質(zhì)量比為I :10，將碳酸鋇緩慢加入有機溶液中，用氨水調(diào)節(jié)PH值為7. 5得到溶液B ;然后按Ti =Ba摩爾比為I : I. 05，將溶液A和溶液B混合攪拌均勻，并用氨水調(diào)節(jié)pH值為7. 5得到混合溶液；
(2)高分子網(wǎng)絡凝膠的制備按I:0. 2的體積比，在步驟(I)得到的混合溶液中加入單體并攪拌使其溶解，然后按I :0. 05的體積比，將引發(fā)劑加入上述溶液，在70°C下聚合15min，使溶液充分反應聚合形成高分子網(wǎng)絡凝膠；
(3)干燥、燒結(jié)將步驟(2)得到的高分子網(wǎng)絡凝膠放置在80°C烘箱中干燥15h，然后將其置于馬弗爐中，以3°C/min的升溫速率，加熱至650°C保溫2h，然后隨爐冷卻至常溫，得到鈦酸鋇納米粉體，平均粒度為80nm、粒徑分布均勻、團聚少、化學計量比準確、純度高。所用的有機溶液為濃度0. 5mol/l的檸檬酸三銨，pH調(diào)節(jié)劑為3mol/l的氨水，單體為0. 5mol/l的N-羥甲基丙烯酰胺，引發(fā)劑為0. lmol/1的過硫酸胺。實施例2 :本實施例利用一種以N-羥甲基丙烯酰胺為單體制備鈦酸鋇納米粉體的方法是以金屬鹽為原料，加入有機溶液并調(diào)節(jié)pH值為6制得混合溶液，再加入單體、引發(fā)齊U，在50°C下聚合制得高分子網(wǎng)絡凝膠，經(jīng)干燥、煅燒后得到鈦酸鋇納米粉體。具體制備步驟如下
(1)混合溶液的制備首先按鈦酸丁酯與有機溶劑體積比為I:3，將鈦酸丁酯緩慢加入有機溶液中，用氨水調(diào)節(jié)pH值為6得到溶液A ;然后按碳酸鋇與有機溶液質(zhì)量比為I :8，將碳酸鋇緩慢加入有機溶液中，用氨水調(diào)節(jié)PH值為6得到溶液B ;然后按Ti :Ba摩爾比為I :1，將溶液A和溶液B混合攪拌均勻，并用氨水調(diào)節(jié)pH值為6得到混合溶液；
(2)高分子網(wǎng)絡凝膠的制備按I:0. 05的體積比，在步驟(I)得到的混合溶液中加入單體并攪拌使其溶解，然后按I :0.01的體積比，將引發(fā)劑加入上述溶液，在50°C下聚合30min，使溶液充分反應聚合形成高分子網(wǎng)絡凝膠；
(3)干燥、燒結(jié)將步驟(2)得到的高分子網(wǎng)絡凝膠放置在50°C烘箱中干燥24h，然后將 其置于馬弗爐中，以2°C/min的升溫速率，加熱至600°C保溫3h，然后隨爐冷卻至常溫，得到鈦酸鋇納米粉體，平均粒度為80nm、粒徑分布均勻、團聚少、化學計量比準確、純度高。所用的有機溶液為濃度lmol/1的檸檬酸三銨，pH調(diào)節(jié)劑為4mol/l的氨水，單體為8mol/l的N-羥甲基丙烯酰胺，引發(fā)劑為2mol/l的過硫酸胺。實施例3 :本實施例利用一種以N-羥甲基丙烯酰胺為單體制備鈦酸鋇納米粉體的方法是以金屬鹽為原料，加入有機溶液并調(diào)節(jié)PH值為9制得混合溶液，再加入單體、引發(fā)齊U，在90°C下聚合制得高分子網(wǎng)絡凝膠，經(jīng)干燥、煅燒后得到鈦酸鋇納米粉體。具體制備步驟如下
(1)混合溶液的制備首先按鈦酸丁酯與有機溶劑體積比為I:8，將鈦酸丁酯緩慢加入有機溶液中，用氨水調(diào)節(jié)PH值為9得到溶液A ;然后按碳酸鋇與有機溶液質(zhì)量比為I :13，將碳酸鋇緩慢加入有機溶液中，用氨水調(diào)節(jié)PH值為9得到溶液B ;然后按Ti =Ba摩爾比為I :
0.5，將溶液A和溶液B混合攪拌均勻，并用氨水調(diào)節(jié)pH值為9得到混合溶液；
(2)高分子網(wǎng)絡凝膠的制備按I:0. 5的體積比，在步驟(I)得到的混合溶液中加入單體并攪拌使其溶解，然后按I :0. I的體積比，將引發(fā)劑加入上述溶液，在90°C下聚合5min，使溶液充分反應聚合形成高分子網(wǎng)絡凝膠；
(3)干燥、燒結(jié)將步驟(2)得到的高分子網(wǎng)絡凝膠放置在100°C烘箱中干燥10h，然后將其置于馬弗爐中，以6°C/min的升溫速率，加熱至800°C保溫lh，然后隨爐冷卻至常溫，得到鈦酸鋇納米粉體，平均粒度為80nm、粒徑分布均勻、團聚少、化學計量比準確、純度高。所用的有機溶液為濃度3mol/l的檸檬酸三銨，pH調(diào)節(jié)劑為8mol/l的氨水，單體為lOmol/1的N-羥甲基丙烯酰胺，引發(fā)劑為5mol/l的過硫酸胺。實施例4 :本實施例利用一種以N-羥甲基丙烯酰胺為單體制備鈦酸鋇納米粉體的方法是以金屬鹽為原料，加入有機溶液并調(diào)節(jié)PH值為8制得混合溶液，再加入單體、引發(fā)齊U，在80°C下聚合制得高分子網(wǎng)絡凝膠，經(jīng)干燥、煅燒后得到鈦酸鋇納米粉體。具體制備步驟如下
(I)混合溶液的制備首先按鈦酸丁酯與有機溶劑體積比為I :5，將鈦酸丁酯緩慢加入有機溶液中，用氨水調(diào)節(jié)pH值為8得到溶液A ;然后按碳酸鋇與有機溶液質(zhì)量比為I :11，將碳酸鋇緩慢加入有機溶液中，用氨水調(diào)節(jié)PH值為8得到溶液B ;然后按Ti =Ba摩爾比為I :
1.05，將溶液A和溶液B混合攪拌均勻，并用氨水調(diào)節(jié)pH值為8得到混合溶液；(2)高分子網(wǎng)絡凝膠的制備按I:0. I的體積比，在步驟(I)得到的混合溶液中加入單體并攪拌使其溶解，然后按I :0. 02的體積比，將引發(fā)劑加入上述溶液，在80°C下聚合lOmin，使溶液充分反應聚合形成高分子網(wǎng)絡凝膠；
(3)干燥、燒結(jié)將步驟(2)得到的高分子網(wǎng)絡凝膠放置在80°C烘箱中干燥15h，然后將其置于馬弗爐中，以3°C/min的升溫速率，加熱至750°C保溫2h，然后隨爐冷卻至常溫，得到鈦酸鋇納米粉體，平均粒度為80nm、粒徑分布均勻、團聚少、化學計量比準確、純度高。
所用的有機溶液為濃度O. 9mol/l的檸檬酸三銨，pH調(diào)節(jié)劑為6mol/l的氨水，單體為6mol/l的N-羥甲基丙烯酰胺，引發(fā)劑為4mol/l的過硫酸胺。
權(quán)利要求
1.一種制備鈦酸鋇納米粉體的方法，具體制備步驟包括如下 (1)混合溶液的制備首先按鈦酸丁酯與有機溶液體積比為I:3 8，將鈦酸丁酯加入有機溶液中，用氨水調(diào)節(jié)PH值6、得到溶液A ;然后按碳酸鋇與有機溶液質(zhì)量比為I :8 13，將碳酸鋇加入有機溶液中，用氨水調(diào)節(jié)PH值6、得到溶液B ;然后按Ti :Ba摩爾比為I :ri. 2，將溶液A和溶液B混合攪拌均勻，并用氨水調(diào)節(jié)pH值6、得到混合溶液； (2)高分子網(wǎng)絡凝膠的制備按I:0. 05、. 5的體積比，在步驟(I)得到的混合溶液中加入有機單體并攪拌使其溶解，然后按I :0. OfO. I的體積比，將引發(fā)劑加入上述溶液，在5(T9(TC下聚合5 20min，使溶液充分反應聚合形成高分子網(wǎng)絡凝膠； (3)干燥、燒結(jié)將步驟(2)得到的高分子網(wǎng)絡凝膠放置在5(T10(TC的條件下干燥10 24h，然后將其置于爐中，以2 6°C/min的升溫速率，加熱至60(T80(TC保溫廣3h，然后隨爐冷卻至常溫，得到鈦酸鋇納米粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種制備鈦酸鋇納米粉體的方法，其特征在于所述的有機單體為N-羥甲基丙烯酰胺，所用的濃度為0. 5 10mol/l。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種制備鈦酸鋇納米粉體的方法，其特征在于所述的有機溶液為檸檬酸三銨，所用的濃度為0. 5^3 mol/1。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種制備鈦酸鋇納米粉體的方法，其特征在于所述氨水的濃度為3 8 mol/1。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種制備鈦酸鋇納米粉體的方法，其特征在于所述的引發(fā)劑為過硫酸胺，所用的濃度為0. r5mol/l0
全文摘要
本發(fā)明提供一種以N-羥甲基丙烯酰胺為單體制備鈦酸鋇納米粉體的方法，屬于無機粉體材料技術(shù)領(lǐng)域。以金屬鹽為原料，加入有機溶液并調(diào)節(jié)pH值制得混合溶液，再加入單體、引發(fā)劑，在一定溫度下聚合制得高分子網(wǎng)絡凝膠，經(jīng)干燥、煅燒后得到鈦酸鋇納米粉體。本發(fā)明具有合成高比表面積、粒度小、粒徑分布均勻、純度高、團聚少的鈦酸鋇納米粉體且制備工藝簡單、操作方便、成本低等優(yōu)點。
文檔編號C04B35/626GK102633502SQ20121013868
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月7日
發(fā)明者嚴繼康, 易健宏, 杜景紅, 王曉新, 甘國友, 陳星星 申請人:昆明理工大學