專(zhuān)利名稱(chēng)：一種一維柱狀結(jié)構(gòu)鋇摻雜鈦酸鉛單晶納米纖維的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種一維柱狀結(jié)構(gòu)鋇摻雜鈦酸鉛單晶納米纖維的制備方法，屬于無(wú)機(jī) 非金屬材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鈦酸鉛是最具代表性的鐵電氧化物材料之一，對(duì)于理解和認(rèn)識(shí) 鈣鈦礦氧化物材料的鐵電性起源、合成設(shè)計(jì)新型的鐵電材料具有重要的理論價(jià)值。鈦酸鉛 具有優(yōu)異的鐵電、壓電、介電性能，因此在非揮發(fā)性鐵電存儲(chǔ)器、壓電傳感器、熱釋電敏感器 和高介電電容器等電子領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。鈦酸鋇是最早發(fā)現(xiàn)的ABO3型鈣鈦礦晶體結(jié) 構(gòu)的典型鐵電材料，由于具有高介電常數(shù)、低介電損耗，廣泛應(yīng)用于多層陶瓷電容器、熱敏 電阻、光電器件等電子元件。鈦酸鉛和鈦酸鋇所形成的固溶體也成為科學(xué)家的研究重點(diǎn)。浙江大學(xué)首次使用高分子輔助水熱法制得一維柱狀結(jié)構(gòu)的鈦酸鉛單晶納米纖維 (Zhaohui Renj Gang Xuj Yong Liuj Xiao Weij Yihan Zhuj Xiaobin Zhang, Guanglie Lvj Youwen Wang, Yuewu Zengj Piyi Duj Wenjian Wengj Ge Shenj J. Ζ. Jiang and Gaorong Han, PbTiO3 Nanofibers with Edge-Shared TiO6 Octahedra，2010，132 (16)， 5572-5573.)。這種結(jié)構(gòu)的鈦酸鉛晶體，其鈦氧八面體是通過(guò)共邊連接形成一維柱狀結(jié)構(gòu)。 而鋇摻雜進(jìn)入一維柱狀結(jié)構(gòu)鈦酸鉛，獲得一維柱狀結(jié)構(gòu)鋇摻雜鈦酸鉛的單晶納米纖維，國(guó) 內(nèi)外均未見(jiàn)有關(guān)的制備方法和工藝報(bào)道。一維柱狀結(jié)構(gòu)鋇摻雜鈦酸鉛納米纖維在光學(xué)性能 和壓電性能方面表現(xiàn)出很優(yōu)異的性能，并且在電場(chǎng)作用下能夠發(fā)生彎曲現(xiàn)象，是一種性能 非常優(yōu)異的材料，具有很大的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用潛力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡(jiǎn)單，過(guò)程易于控制的一維柱狀結(jié)構(gòu)鋇摻雜鈦酸 鉛單晶納米纖維的制備方法。本發(fā)明的一維柱狀結(jié)構(gòu)鋇摻雜鈦酸鉛單晶納米纖維的制備方法，包括以下工藝步 驟
1)按欲合成的一維柱狀結(jié)構(gòu)鋇摻雜鈦酸鉛單晶納米纖維的化學(xué)式HvxBaxTiO3計(jì) 量，0.001 ^ 0. 15，稱(chēng)取醋酸鉛和醋酸鋇共同溶于去離子水中；調(diào)節(jié)1 2+離子濃度為 0. 4995-0. 425 mol/L ；Ba2+ 離子濃度為 0. 0005-0. 075mol/L;
2)將鈦酸丁酯溶于乙二醇甲醚，調(diào)節(jié)溶液中的Ti4+離子濃度為0.25-lmol/L，攪拌狀態(tài) 下，滴入質(zhì)量濃度30%的氨水溶液，使鈦酸丁酯水解沉淀，過(guò)濾，洗滌，獲得鈦的羥基氧化物 沉淀；
3)將氫氧化鉀和聚乙烯醇分別溶于去離子水，配置濃度為0.5-5mol/L的氫氧化鉀水 溶液和濃度為2-8g/L的聚乙烯醇水溶液；
4)將以上制得的醋酸鉛和醋酸鋇水溶液、鈦的羥基氧化物沉淀、氫氧化鉀水溶液和聚 乙烯醇水溶液加入到聚四氟乙烯的反應(yīng)釜內(nèi)膽中，用去離子水調(diào)節(jié)其體積為反應(yīng)釜容積的2/3 4/5，攪拌不少于5分鐘，得到懸浮液；
5)將步驟4)配置有反應(yīng)物料的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密閉，置于190-200°C的爐 中保溫，反應(yīng)8-12小時(shí)后，置于空氣中自然降溫至室溫，取出反應(yīng)產(chǎn)物，過(guò)濾，用去離子水 清洗，烘干，得到一維柱狀結(jié)構(gòu)鋇摻雜鈦酸鉛單晶納米纖維。本發(fā)明所采用的醋酸鉛、醋酸鋇、鈦酸丁酯、氫氧化鉀和聚乙烯醇純度均不低于化學(xué)純。本發(fā)明采用水熱反應(yīng)，以乙二醇甲醚作為溶解鈦離子的溶劑，利用氨水作為沉淀 劑沉淀鈦離子；利用表面修飾劑聚乙烯醇實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)方向的調(diào)控；最后利用礦化劑氫氧化鉀 來(lái)促進(jìn)晶化，實(shí)現(xiàn)一維柱狀結(jié)構(gòu)鋇摻雜鈦酸鉛單晶納米纖維的合成。本發(fā)明工藝過(guò)程簡(jiǎn)單， 易于控制，無(wú)污染，成本低，易于大規(guī)模生產(chǎn)；制得的一維柱狀結(jié)構(gòu)鋇摻雜鈦酸鉛單晶納米 纖維，純度高，分散性好。


圖1是一維柱狀結(jié)構(gòu)Pba9BiiaiTiO3納米纖維的XRD圖譜。圖2是一維柱狀結(jié)構(gòu)Pba9B^1TiO3納米纖維的掃描電鏡圖片。圖3是一維柱狀結(jié)構(gòu)Pba85Biiai5TiO3納米纖維的能譜圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明方法作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1
1)按欲合成的一維柱狀結(jié)構(gòu)鋇摻雜鈦酸鉛單晶納米纖維的化學(xué)式HvxBaxTiO3 (X=O. 001)計(jì)量，稱(chēng)取醋酸鉛和醋酸鋇共同溶于去離子水中，獲得透明液體；調(diào)節(jié)1 2+離子 濃度為 0. 4995mol/L, Ba2+ 離子濃度為 0. 0005 mol/L;
2)將鈦酸丁酯溶于乙二醇甲醚，調(diào)節(jié)溶液中的Ti4+離子濃度為0.25mol/L。攪拌狀態(tài) 下，向制得的鈦酸丁酯淡黃色透明液體中滴入2ml質(zhì)量濃度30%的氨水溶液，使鈦酸丁酯水 解沉淀，過(guò)濾，洗滌除去氨根離子，獲得鈦的羥基氧化物沉淀；
3)將氫氧化鉀和聚乙烯醇分別溶于去離子水，配置濃度為0.5mol/L的氫氧化鉀水溶 液和濃度為8g/L的聚乙烯醇水溶液；
4)將以上制得的醋酸鉛和醋酸鋇水溶液、鈦的羥基氧化物沉淀、氫氧化鉀水溶液和聚 乙烯醇水溶液加入到聚四氟乙烯的反應(yīng)釜內(nèi)膽中，用去離子水調(diào)節(jié)其體積為反應(yīng)釜容積的 2/3，磁力攪拌器攪拌5分鐘，得到懸浮液；
5)將步驟4)配置有反應(yīng)物料的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密閉，置于200°C的爐中保 溫，反應(yīng)12小時(shí)后，置于空氣中自然降溫至室溫，取出反應(yīng)產(chǎn)物，過(guò)濾，用去離子水清洗，將 氫氧化鉀和聚乙烯醇與合成的一維柱狀結(jié)構(gòu)鋇摻雜鈦酸鉛單晶納米纖維充分分離，烘干， 得到一維柱狀結(jié)構(gòu)I^ba 999BiiacicilTiO3的單晶納米纖維。實(shí)施例2
1)按欲合成的一維柱狀結(jié)構(gòu)鋇摻雜鈦酸鉛單晶納米纖維的化學(xué)式HvxBaxTiO3 (X=O. 1)計(jì)量，稱(chēng)取醋酸鉛和醋酸鋇共同溶于去離子水中，獲得透明液體；調(diào)節(jié)1 2+離子濃 度為 0. 45mol/L; Ba2+ 離子濃度為 0. 05mol/L;2)將鈦酸丁酯溶于乙二醇甲醚，調(diào)節(jié)溶液中的Ti4+離子濃度為0.5mol/L。攪拌狀態(tài) 下，向制得的鈦酸丁酯淡黃色透明液體中滴入2ml質(zhì)量濃度30%的氨水溶液，使鈦酸丁酯水 解沉淀，過(guò)濾，洗滌除去氨根離子，獲得鈦的羥基氧化物沉淀；
3)將氫氧化鉀和聚乙烯醇分別溶于去離子水，配置濃度為lmol/L的氫氧化鉀水溶液 和濃度為6g/L的聚乙烯醇水溶液；
4)將以上制得的醋酸鉛和醋酸鋇水溶液、鈦的羥基氧化物沉淀、氫氧化鉀水溶液和聚 乙烯醇水溶液加入到聚四氟乙烯的反應(yīng)釜內(nèi)膽中，用去離子水調(diào)節(jié)其體積為反應(yīng)釜容積的 3/4，磁力攪拌器攪拌5分鐘，得到懸浮液；
5)將步驟4)配置有反應(yīng)物料的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密閉，置于200°C的爐中保 溫，反應(yīng)8小時(shí)后，置于空氣中自然降溫至室溫，取出反應(yīng)產(chǎn)物，過(guò)濾，用去離子水清洗，將 氫氧化鉀和聚乙烯醇與合成的一維柱狀結(jié)構(gòu)鋇摻雜鈦酸鉛單晶納米纖維充分分離，烘干， 得到一維柱狀結(jié)構(gòu)I^ba9BiiaiTiO3的單晶納米纖維，其XRD圖譜見(jiàn)圖1，由圖可以看出所獲得 的納米纖維為純的一維柱狀結(jié)構(gòu)，且所獲得的納米纖維形貌圖見(jiàn)圖2，與所獲得的XRD圖譜 一致，為單一的納米纖維，圖1和圖2結(jié)合表明該方法所制備的一維柱狀結(jié)構(gòu)鋇摻雜鈦酸鉛 單晶納米纖維純度高，分散性好。 實(shí)施例3
1)按欲合成的一維柱狀結(jié)構(gòu)鈦酸鋇鉛單晶納米管的化學(xué)式HvxBaxTiO3(X= 0.15) 計(jì)量，稱(chēng)取醋酸鉛和醋酸鋇共同溶于去離子水中，獲得透明液體；調(diào)節(jié)1 2+離子濃度為 0. 425mol/L; Ba2+ 離子濃度為 0. 075mol/L;
2)將鈦酸丁酯溶于乙二醇甲醚，調(diào)節(jié)溶液中的Ti4+離子濃度為lmol/L。攪拌狀態(tài)下， 向制得的鈦酸丁酯淡黃色透明液體中滴入2ml質(zhì)量濃度30%的氨水溶液，使鈦酸丁酯水解 沉淀，過(guò)濾，洗滌除去氨根離子，獲得鈦的羥基氧化物沉淀；
3)將氫氧化鉀和聚乙烯醇分別溶于去離子水，配置濃度為2mol/L的氫氧化鉀水溶液 和濃度為2g/L的聚乙烯醇水溶液；
4)將以上制得的醋酸鉛和醋酸鋇水溶液、鈦的羥基氧化物白色沉淀、氫氧化鉀水溶液 和聚乙烯醇水溶液加入到聚四氟乙烯的反應(yīng)釜內(nèi)膽中，用去離子水調(diào)節(jié)其體積為反應(yīng)釜容 積的4/5，磁力攪拌器攪拌5分鐘，得到懸浮液；
5)將步驟4)配置有反應(yīng)物料的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密閉，置于190°C的爐中保 溫，反應(yīng)10小時(shí)后，置于空氣中自然降溫至室溫，取出反應(yīng)產(chǎn)物，過(guò)濾，用去離子水清洗，將 氫氧化鉀和聚乙烯醇與合成的一維柱狀結(jié)構(gòu)鋇摻雜鈦酸鉛單晶納米纖維充分分離，烘干， 得到一維柱狀結(jié)構(gòu)Pba85Biiai5TiO3的單晶納米纖維。所制備的納米纖維能譜圖見(jiàn)圖3，由圖 可以看出納米纖維的成分為1 ，Ba, Ti, 0四種元素，充分說(shuō)明Ba離子摻雜進(jìn)入了一維柱 狀結(jié)構(gòu)InyriO3的晶格。
權(quán)利要求
1.一種一維柱狀結(jié)構(gòu)鋇摻雜鈦酸鉛單晶納米纖維的制備方法，其特征在于包括以下工 藝步驟1)按欲合成的一維柱狀結(jié)構(gòu)鋇摻雜鈦酸鉛單晶納米纖維的化學(xué)式HvxBaxTiO3計(jì) 量，0.001 ^ 0. 15，稱(chēng)取醋酸鉛和醋酸鋇共同溶于去離子水中；調(diào)節(jié)1 2+離子濃度為 0. 4995-0. 425 mol/L ； Ba2+ 離子濃度為 0. 0005-0. 075mol/L;2)將鈦酸丁酯溶于乙二醇甲醚，調(diào)節(jié)溶液中的Ti4+離子濃度為0.25-lmol/L，攪拌狀態(tài) 下，滴入質(zhì)量濃度30%的氨水溶液，使鈦酸丁酯水解沉淀，過(guò)濾，洗滌，獲得鈦的羥基氧化物 沉淀；3)將氫氧化鉀和聚乙烯醇分別溶于去離子水，配置濃度為0.5-5mol/L的氫氧化鉀水 溶液和濃度為2-8g/L的聚乙烯醇水溶液；4)將以上制得的醋酸鉛和醋酸鋇水溶液、鈦的羥基氧化物沉淀、氫氧化鉀水溶液和聚 乙烯醇水溶液加入到聚四氟乙烯的反應(yīng)釜內(nèi)膽中，用去離子水調(diào)節(jié)其體積為反應(yīng)釜容積的 2/3 4/5，攪拌不少于5分鐘，得到懸浮液；5)將步驟4)配置有反應(yīng)物料的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密閉，置于190-200°C的爐 中保溫，反應(yīng)8-12小時(shí)后，置于空氣中自然降溫至室溫，取出反應(yīng)產(chǎn)物，過(guò)濾，用去離子水 清洗，烘干，得到一維柱狀結(jié)構(gòu)鋇摻雜鈦酸鉛單晶納米纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的一維柱狀結(jié)構(gòu)鋇摻雜鈦酸鉛單晶納米纖維的制備方法，其 特征在于所述的醋酸鉛、醋酸鋇、鈦酸丁酯、氫氧化鉀和聚乙烯醇純度均不低于化學(xué)純。
全文摘要
本發(fā)明涉及一維柱狀結(jié)構(gòu)鋇摻雜鈦酸鉛單晶納米纖維的制備方法，該方法采用的是水熱反應(yīng)法，以乙二醇甲醚作為溶解鈦離子的溶劑，利用氨水作為沉淀劑沉淀鈦離子；利用表面修飾劑聚乙烯醇實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)方向的調(diào)控；最后利用礦化劑氫氧化鉀來(lái)促進(jìn)晶化，實(shí)現(xiàn)一維柱狀結(jié)構(gòu)鋇摻雜鈦酸鉛單晶納米纖維的合成。本發(fā)明工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，易于控制，無(wú)污染，成本低，易于大規(guī)模生產(chǎn)；制得的一維柱狀結(jié)構(gòu)鋇摻雜鈦酸鉛單晶納米纖維，純度高，分散性好。
文檔編號(hào)C30B29/62GK102140694SQ20111006612
公開(kāi)日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月18日
發(fā)明者任召輝, 徐剛, 杜丕一, 沈鴿, 翁文劍, 肖珍, 韓高榮 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)