本發(fā)明涉及一種鈦酸鍶鋇晶體束材料的制備方法，屬于功能材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

鈦酸鍶鋇(Ba_xSr_1-xTiO₃，簡稱BST)是由BaTiO₃與SrTiO₃形成的固溶體。它不僅具有高介電常數(shù)、低介電損耗、居里溫度隨組成改變以及介電常數(shù)隨電場的非線性變化等特點，而且具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和絕緣性。BST材料是一種應(yīng)用廣泛的熱敏材料、電容器材料和鐵電壓電材料，成為集成器件領(lǐng)域最廣泛研究的材料之一。

鈦酸鍶鋇材料的電學(xué)性能與材料的微觀結(jié)構(gòu)如晶粒尺寸及晶體形態(tài)緊密相關(guān)，晶粒愈細(xì)和致密愈高的BST材料介電特性愈好，材料具有優(yōu)異的物化性能，在工業(yè)上廣泛的應(yīng)用價值有目共睹，隨著日益成熟的微電子行業(yè)的發(fā)展，人們越來越多的重視和關(guān)注BST陶瓷材料。

現(xiàn)在關(guān)于鈦酸鍶鋇材料的研究，集中在超細(xì)粉末、薄膜以及摻雜的方向，采用的制備方法有水熱合成法、溶膠凝膠法、脈沖激光沉積技術(shù)、射頻磁控濺射法以及放電等離子燒結(jié)等，而對于鈦酸鍶鋇晶體的生長取向和結(jié)晶形態(tài)的研究還不多。而維度是決定納米材料性質(zhì)的關(guān)鍵因素之一，因此，對于材料的尺寸和形狀的控制異常重要。與尺寸的控制相比，對晶體的形貌控制是一個更難的課題。鈦酸鍶鋇晶體束是擇優(yōu)取向生長的結(jié)果，具有優(yōu)異的各向異性，對于提高鈦酸鍶鋇材料的壓電性等具有重要意義，同時較一維晶須更易于生長成大的片狀材料，從而解決了晶須定向排列這一難題。

本發(fā)明采用共沉淀法制備鈦酸鍶鋇前驅(qū)體，然后將前驅(qū)體進(jìn)行水熱處理，進(jìn)而得到一維鈦酸鍶鋇晶體束。其中共沉淀法具有操作簡單、對實驗條件要求低、成分易控制、不引入雜質(zhì)物質(zhì)等優(yōu)點；水熱反應(yīng)與傳統(tǒng)的燒結(jié)相比，反應(yīng)溫度低，反應(yīng)物在溶液中分散均勻，并伴隨有高壓，這樣就可能得到在大氣壓下無法得到的產(chǎn)物。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種鈦酸鍶鋇晶體束材料的制備方法，該方法原理可靠，工藝簡單，易于操作，可制備出具有優(yōu)良的電磁性能和力學(xué)性能的鈦酸鍶鋇晶體束材料。

為達(dá)到以上技術(shù)目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。

本發(fā)明采用共沉淀法制備出含有銳鈦礦晶相的共沉淀物作為前驅(qū)體，然后將前驅(qū)體采用水熱生長法制備出鈦酸鍶鋇晶體束。

一種鈦酸鍶鋇晶體束材料的制備方法，依次包括以下步驟：

1)稱量鈦酸丁酯，將其與過量的去離子水混合，控制水和鈦酸丁酯的摩爾比在40-60：1之間，得到懸浮液；

2)稱量乙酸鋇和乙酸鍶，使鋇和鍶的摩爾比為1:1，鈦和鋇的摩爾比為2:1，并用去離子水溶解，得到鍶鋇水溶液，總的溶液濃度為0.8-2mol/L；

3)將鍶鋇水溶液逐滴加入到懸浮液中，在滴加的過程中，不斷攪拌懸浮液，得到沉淀；

4)沉淀經(jīng)過過濾，并用去離子水清洗后，在70℃下干燥24h，作為水熱前驅(qū)體；

5)將干燥后的沉淀研磨分散成細(xì)粉顆粒，稱量3-5g放入容積為50ml的水熱反應(yīng)釜中，然后加入2mol/L的NaOH溶液作為礦化劑，填充度控制在70-90％之間，用玻璃棒攪拌均勻后，加蓋密封，反應(yīng)釜溫度控制在160-200℃左右，保溫時間為16-24h；

6)反應(yīng)結(jié)束，取出水熱產(chǎn)物，用去離子水清洗多次，并用六偏磷酸鈉作為分散劑和超聲波震蕩器使產(chǎn)物分散，然后使用625目濾網(wǎng)過濾，去掉多余的粉體，得到相對純凈的鈦酸鍶鋇晶體束材料。

本發(fā)明制備過程中，使用的是材質(zhì)為316L不銹鋼制成的高溫高壓水熱反應(yīng)釜。

本發(fā)明制備過程中，使用的原料皆是市售化學(xué)純。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

(1)制備出的鈦酸鍶鋇晶體束具有優(yōu)良的各向異性，晶體束比晶須更易于實現(xiàn)定向排列，易于產(chǎn)品化；

(2)制備方法采用共沉淀法制備前驅(qū)體，方法簡單，易操作，易控制，成本較低，同時避免生成中間相；

(3)本發(fā)明采用共沉淀法與水熱合成生長法結(jié)合的制備方法，分別利用其各自的優(yōu)點，目前本領(lǐng)域很多材料的研究與制備都采用多種制備方法相結(jié)合來實現(xiàn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明得到的共沉淀產(chǎn)物的XRD圖。

圖2是本發(fā)明得到的共沉淀產(chǎn)物的SEM圖。

圖3是本發(fā)明得到的鈦酸鍶鋇晶體束的XRD圖。

圖4是本發(fā)明得到的鈦酸鍶鋇晶體束的SEM圖。

具體實施方式

以下結(jié)合實施例和附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。

實施例1

1)稱量27.2289g鈦酸丁酯(0.08mol)，然后量取60ml的去離子加入鈦酸丁酯中，并不斷攪拌，得到懸浮液；

2)稱量10.2169g的乙酸鋇(0.04mol)和8.5894g的乙酸鍶(0.04mol)，并用40ml的去離子水溶解，得到鍶鋇水溶液；

3)將鍶鋇水溶液逐滴加入到懸浮液中，在滴加的過程中，使用磁力攪拌器攪拌懸浮液，攪拌速度為100r/min，攪拌30min，得到共沉淀；

4)使用慢速濾紙過濾沉淀，然后用去離子水清洗，再過濾，重復(fù)兩次，將沉淀在70℃下干燥24h，產(chǎn)物作為水熱前驅(qū)體，圖1為沉淀的XRD圖，圖2為沉淀的SEM圖；

5)前驅(qū)體研磨成粒徑為5～20um粉末，稱量5g放入容積為50ml的反應(yīng)釜內(nèi)襯中，然后加入2mol/L的NaOH溶液45ml，用玻璃棒攪拌均勻后，加蓋密封；

6)反應(yīng)釜加熱至200℃，保溫16h；

7)反應(yīng)結(jié)束，取出水熱產(chǎn)物，用去離子水清洗多次，并使用分散劑和超聲波震蕩器使產(chǎn)物分散，然后使用625目濾網(wǎng)過濾，去掉多余的粉體，得到相對純凈的晶體束，晶體束的物相XRD見圖3，微觀形貌如圖4所示。

圖1是本發(fā)明得到的共沉淀產(chǎn)物的XRD圖，圖中有多種晶相，其中銳鈦礦TiO₂是主晶相之一，衍射峰的角度與標(biāo)準(zhǔn)卡片#21-1272的衍射角度相匹配。

圖2是本發(fā)明中的共沉淀的SEM圖，從圖中可以清晰地觀察到聚集在一起且取向排列一致的晶體束，長100～400nm，直徑為20～80nm。

圖3是本發(fā)明得到的鈦酸鍶鋇晶體束的XRD圖，從圖中可以得出，其衍射角度與標(biāo)準(zhǔn)卡片#39-1395的衍射角度相符合，其(110)面衍射強度很大，并且各個衍射峰都很尖銳。

圖4是本發(fā)明得到的鈦酸鍶鋇晶體束的SEM圖，從圖中可以看出，晶體束徑向長度在50～300um之間，軸向直徑為4～8um，長徑比在10～50之間，一束含10-100根晶體。

實施例2

1)稱量27.2289g鈦酸丁酯(0.08mol)，然后量取72ml的去離子加入鈦酸丁酯中，并不斷攪拌，得到懸浮液；

2)稱量10.2169g的乙酸鋇(0.04mol)和8.5894g的乙酸鍶(0.04mol)，并用80ml的去離子水溶解，得到鍶鋇水溶液；

3)將鍶鋇水溶液逐滴加入到懸浮液中，在滴加的過程中，使用磁力攪拌器攪拌懸浮液，攪拌速度為100r/min，攪拌30min，得到共沉淀；

4)使用慢速濾紙過濾沉淀，然后用去離子水清洗，再過濾，重復(fù)兩次，將沉淀在70℃下干燥24h，產(chǎn)物作為水熱前驅(qū)體；

5)前驅(qū)體研磨成粒徑為5～20um粉末，稱量5g放入容積為50ml的反應(yīng)釜內(nèi)襯中，然后加入2mol/L的NaOH溶液40ml，用玻璃棒攪拌均勻后，加蓋密封；

6)反應(yīng)釜加熱至180℃，保溫20h；

7)反應(yīng)結(jié)束，取出水熱產(chǎn)物，用去離子水清洗多次，并使用分散劑和超聲波震蕩器使產(chǎn)物分散，然后使用625目濾網(wǎng)過濾，去掉多余的粉體，得到相對純凈的晶體束。

實施例3

1)稱量27.2289g鈦酸丁酯(0.08mol)，然后量取86ml的去離子水加入酞酸丁酯中，并不斷攪拌，得到懸浮液；

2)稱量10.2169g的乙酸鋇(0.04mol)和8.5894g的乙酸鍶(0.04mol)，并用100ml的去離子水溶解，得到鍶鋇水溶液；

3)將鍶鋇水溶液逐滴加入到懸浮液中，在滴加的過程中，使用磁力攪拌器攪拌懸浮液，攪拌速度為100r/min，攪拌30min，得到共沉淀；

4)使用慢速濾紙過濾沉淀，然后用去離子水清洗，再過濾，重復(fù)兩次，將沉淀在70℃下干燥24h，產(chǎn)物作為水熱前驅(qū)體；

5)前驅(qū)體研磨成粒徑為5～20um粉末，稱量5g放入容積為50ml的反應(yīng)釜內(nèi)襯中，然后加入2mol/L的NaOH溶液40ml，用玻璃棒攪拌均勻后，加蓋密封；

6)反應(yīng)釜加熱至200℃，保溫24h；

7)反應(yīng)結(jié)束，取出水熱產(chǎn)物，用去離子水清洗多次，并使用分散劑和超聲波震蕩器使產(chǎn)物分散，然后使用625目濾網(wǎng)過濾，去掉多余的粉體，得到相對純凈的晶體束。