專利名稱：一種四方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛陶瓷單晶納米片的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鈣鈦礦結(jié)構(gòu)PbTiO3陶瓷單晶納米片的制備方法，屬于無機(jī)非金屬材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
納米材料與塊狀材料相比具有許多優(yōu)異的性能，并且科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和電子器件的小型化，對(duì)材料的納米化也提出了越來越多的要求。因此,納米結(jié)構(gòu)材料的合成和性能研究引起了人們?cè)絹碓蕉嗟呐d趣和重視。鈦酸鉛是一種典型的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電材料，其鐵電相變的居里溫度為490°C。由于具有優(yōu)異的鐵電、壓電、熱釋電和介電性能，鈦酸鉛在非揮發(fā)性鐵電存儲(chǔ)器、壓電傳感器、熱釋電傳感器和高介電電容器等微電子器件的制備上有著廣泛的應(yīng)用。通常，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦 酸鉛是利用固相反應(yīng)法制備的。但是利用固相法制備的鈦酸鉛不僅團(tuán)聚嚴(yán)重，化學(xué)組成因?yàn)殂U在高溫煅燒過程中的揮發(fā)產(chǎn)生偏離，而且難以控制合成的鈦酸鉛顆粒的形狀。相對(duì)于固相反應(yīng)法，溶膠-凝膠法、共沉淀法、水熱法、熔鹽法等濕化學(xué)方法或半濕化學(xué)方法，可以在較低的溫度下實(shí)現(xiàn)保持鈦酸鉛化學(xué)計(jì)量的合成。其中水熱法和熔鹽法是在溶液中生長(zhǎng)出鈦酸鉛晶體顆粒，因此可以制備出具有規(guī)則刻面的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛納米晶。具有鐵電壓電性能的I丐鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物一般為四方相或菱方相，由于結(jié)構(gòu)各向異性較小，難以實(shí)現(xiàn)取向生長(zhǎng)，因此不易實(shí)現(xiàn)二維納米結(jié)構(gòu)的制備。截止目前為止，尚沒有關(guān)于鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛單晶納米片的研究報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡(jiǎn)單，易于控制的四方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛陶瓷單晶納米片的制備方法。本發(fā)明的四方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛陶瓷單晶納米片的制備方法，包括以下步驟
1)將硝酸鉛溶于去離子水，調(diào)節(jié)硝酸鉛濃度為O.4^0. 7mol/L ；
2)用去離子水調(diào)節(jié)氨水的濃度為O.05-0. 30 mo I/L ；
3)攪拌的狀態(tài)下，將步驟I)的硝酸鉛溶液加入到步驟2)的氨水溶液中，直至溶液的PH值介于8-10之間，得到鉛羥基氧化物沉淀，用去離子水清洗，過濾；
4)將二氧化鈦、氫氧化鉀、硝酸鉀與步驟3)的鉛羥基氧化物溶解于去離子水中，得到反應(yīng)前驅(qū)體并裝入反應(yīng)釜內(nèi)膽中，前驅(qū)體中鉛羥基氧化物的摩爾濃度為O. 08、. 35 mol/L，鉛鈦的摩爾比為1:廣I. 3:1，氫氧化鉀的摩爾濃度為O. 5 4mol/L，硝酸鉀的摩爾濃度為2飛mol/L，摩爾濃度的體積基數(shù)為前軀體漿料的總體積；
5)將裝有前驅(qū)體漿料的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密封，在16(T240°C下保溫8 32小時(shí)進(jìn)行水熱處理，然后，讓反應(yīng)釜自然冷卻到室溫，取出反應(yīng)產(chǎn)物，過濾，依次用乙酸、去離子水和乙醇清洗，烘干，得到四方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛陶瓷單晶納米片。本發(fā)明中，所說的硝酸鉛、二氧化鈦，氫氧化鉀、硝酸鉀、乙酸、乙醇和氨水的純度均不低于化學(xué)純。本發(fā)明中，所用的反應(yīng)釜為聚四氟乙烯內(nèi)膽，不銹鋼外殼套件密閉的反應(yīng)釜。本發(fā)明所制備的四方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛陶瓷單晶納米片的厚度小于80納米，二維尺度大于500納米。本發(fā)明工藝過程簡(jiǎn)單，易于控制，無環(huán)境污染，成本低，易于規(guī)?；a(chǎn)。制得的鈦酸鉛陶瓷單晶納米片為四方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，分散性好。


圖I是本發(fā)明合成的鈦酸鉛陶瓷單晶納米片的X射線衍射(XRD)圖譜；
圖2是本發(fā)明合成的鈦酸鉛陶瓷單晶納米片的掃描電子顯微鏡(SEM)照片；
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。實(shí)例I
I)將硝酸鉛溶于去離子水，調(diào)節(jié)硝酸鉛濃度為O. 5mol/L。2)用去離子水調(diào)節(jié)氨水的濃度為O. 30 mol/L，作為沉淀劑用于制備氫氧化鉛。3)攪拌的狀態(tài)下，將步驟I)所制備的硝酸鉛溶液緩慢加入到步驟2)所制備的氨水溶液中，直至溶液的PH值介于8-10之間，使硝酸鉛完全轉(zhuǎn)化為鉛羥基氧化物沉淀，將沉淀用去離子水清洗，過濾，得到鉛羥基氧化物沉淀。4)將二氧化鈦、氫氧化鉀、硝酸鉀與步驟3)得到的鉛羥基氧化物一起分散、溶解于去離子水中，作為水熱合成鈦酸鉛陶瓷單晶納米片的反應(yīng)前驅(qū)體并裝入反應(yīng)釜內(nèi)膽中。前驅(qū)體中鉛羥基氧化物的摩爾濃度為O. 15 mol/L，鉛鈦的摩爾比為1:1，氫氧化鉀的摩爾濃度為lmol/L，硝酸鉀的摩爾濃度為3mol/L，摩爾濃度的體積基數(shù)為前軀體漿料的總體積。5)將裝有前驅(qū)體漿料的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密封，在200°C下保溫16小時(shí)進(jìn)行水熱處理。然后，讓反應(yīng)釜自然冷卻到室溫，取出反應(yīng)產(chǎn)物，過濾，依次用乙酸、去離子水、乙醇清洗，除去未反應(yīng)的多余的鉛氧化物，在80°C下烘干，得到四方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛陶瓷單晶納米片。其X射線衍射(XRD)圖譜見圖1，掃描電子顯微鏡(SEM)照片見圖2。由圖I可見，所得樣品為純相四方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛；由圖2可見，所得樣品厚度小于80納米，二維尺度大于500納米，且分散性好。實(shí)例2
I)將硝酸鉛溶于去離子水，調(diào)節(jié)硝酸鉛濃度為O. 6mol/L。2)用去離子水調(diào)節(jié)氨水的濃度為O. 30 mol/L，作為沉淀劑用于制備氫氧化鉛。3)攪拌的狀態(tài)下，將步驟I)所制備的硝酸鉛溶液緩慢加入到步驟2)所制備的氨水溶液中，直至溶液的PH值介于8-10之間，使硝酸鉛完全轉(zhuǎn)化為鉛羥基氧化物沉淀。將沉淀用去離子水清洗，過濾，得到鉛羥基氧化物沉淀。4)將二氧化鈦、氫氧化鉀、硝酸鉀與步驟3)中得到的鉛羥基氧化物一起分散、溶解于去離子水中，作為水熱合成鈦酸鉛陶瓷單晶納米片的反應(yīng)前驅(qū)體并裝入反應(yīng)釜內(nèi)膽中。前驅(qū)體中鉛羥基氧化物的摩爾濃度為O. 15 mol/L，鉛鈦的摩爾比為1:1，氫氧化鉀的摩爾濃度為lmol/L，硝酸鉀的摩爾濃度為4mol/L，摩爾濃度的體積基數(shù)為前軀體漿料的總體積。
5)將裝有前驅(qū)體漿料的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密封，在200°C下保溫16小時(shí)進(jìn)行水熱處理。然后，讓反應(yīng)釜自然冷卻到室溫，取出反應(yīng)產(chǎn)物，過濾，依次用乙酸、去離子水、乙醇清洗，在80°C下烘干，得到四方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛陶瓷單晶納米片。實(shí)例3
I)將硝酸鉛溶于去離子水，調(diào)節(jié)硝酸鉛濃度為O. 7mol/L。2)用去離子水調(diào)節(jié)氨水的濃度為O. 30 mol/L，作為沉淀劑用于制備氫氧化鉛。3)攪拌的狀態(tài)下，將步驟I)所制備的硝酸鉛溶液緩慢加入到步驟2)所制備的氨水溶液中，直至溶液的PH值介于8-10之間，使硝酸鉛完全轉(zhuǎn)化為鉛羥基氧化物沉淀。將沉淀用去離子水清洗，過濾，得到鉛羥基氧化物沉淀。4)將二氧化鈦、氫氧化鉀、硝酸鉀與步驟3)中得到的鉛羥基氧化物一起分散、溶解 于去離子水中，作為水熱合成鈦酸鉛陶瓷單晶納米片的反應(yīng)前驅(qū)體并裝入反應(yīng)釜內(nèi)膽中。前驅(qū)體中鉛羥基氧化物的摩爾濃度為O. 15 mol/L，鉛鈦的摩爾比為1:1，氫氧化鉀的摩爾濃度為lmol/L，硝酸鉀的摩爾濃度為5mol/L，摩爾濃度的體積基數(shù)為前軀體漿料的總體積。5)將裝有前驅(qū)體漿料的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密封，在200°C下保溫16小時(shí)進(jìn)行熱處理。然后，讓反應(yīng)釜自然冷卻到室溫，取出反應(yīng)產(chǎn)物，過濾，依次用乙酸、去離子水、乙醇清洗，在80°C下烘干，得到四方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛陶瓷單晶納米片。
權(quán)利要求
1.一種四方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛陶瓷單晶納米片的制備方法，其特征是包括以下步驟 1)將硝酸鉛溶于去離子水，調(diào)節(jié)硝酸鉛濃度為O.4^0. 7mol/L ； 2)用去離子水調(diào)節(jié)氨水的濃度為O.05-0. 30 mol/L ； 3)攪拌的狀態(tài)下，將步驟I)的硝酸鉛溶液加入到步驟2)的氨水溶液中，直至溶液的PH值介于8-10之間，得到鉛羥基氧化物沉淀，用去離子水清洗，過濾； 4)將二氧化鈦、氫氧化鉀、硝酸鉀與步驟3)的鉛羥基氧化物溶解于去離子水中，得到反應(yīng)前驅(qū)體并裝入反應(yīng)釜內(nèi)膽中，前驅(qū)體中鉛羥基氧化物的摩爾濃度為O. 08、. 35 mol/L，鉛鈦的摩爾比為1:廣I. 3:1，氫氧化鉀的摩爾濃度為O. 5 4mol/L，硝酸鉀的摩爾濃度為2飛mol/L，摩爾濃度的體積基數(shù)為前軀體漿料的總體積； 5)將裝有前驅(qū)體漿料的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密封，在16(T240°C下保溫8 32小時(shí)進(jìn)行水熱處理，然后，讓反應(yīng)釜自然冷卻到室溫，取出反應(yīng)產(chǎn)物，過濾，依次用乙酸、去離子水和乙醇清洗，烘干，得到四方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛陶瓷單晶納米片。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛陶瓷單晶納米片的制備方法，其特征是所說的反應(yīng)釜為聚四氟乙烯內(nèi)膽，不銹鋼套件密閉的反應(yīng)釜。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛陶瓷單晶納米片的制備方法，其特征是所說的硝酸鉛、二氧化鈦、氫氧化鉀、硝酸鉀、乙酸、乙醇和氨水的純度均不低于化學(xué)純。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛陶瓷單晶納米片的制備方法，其特征是四方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛陶瓷單晶納米片的厚度小于80納米，二維尺度大于500納米。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種四方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛陶瓷單晶納米片的制備方法，首先配制硝酸鉛的水溶液，將其滴加到氨水溶液中，制備鉛羥基氧化物沉淀。用去離子水清洗后，將鉛羥基氧化物沉淀與二氧化鈦、氫氧化鉀、硝酸鉀一起分散、溶解于去離子水中，再密閉于水熱反應(yīng)釜中，在160-240℃熱處理，獲得四方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛陶瓷單晶納米片。本發(fā)明產(chǎn)品四方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛陶瓷單晶納米片厚度小于80納米，二維尺度大于500納米，制備工藝過程簡(jiǎn)單，易于控制，成本低，易于規(guī)?；a(chǎn)。
文檔編號(hào)C30B29/32GK102925980SQ20121045584
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月14日
發(fā)明者徐剛, 黃曉強(qiáng), 任召輝, 沈鴿, 韓高榮 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)