一種規(guī)則方形的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛單晶納米顆粒的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種規(guī)則方形的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛單晶納米顆粒的制備方法，該方法采用高分子輔助水熱法，在反應(yīng)釜中加入礦化劑氫氧化鉀KOH和表面修飾劑聚乙烯吡咯烷酮PVP，在180-200℃溫度下進行水熱反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過濾，清洗，烘干，得到規(guī)則方形的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛單晶納米顆粒。本發(fā)明工藝過程簡單，易于控制，無污染，成本低，易于大規(guī)模生產(chǎn)；制得的規(guī)則方形的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛單晶納米顆粒純度高，形貌規(guī)則，尺寸均一。
【專利說明】一種規(guī)則方形的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛單晶納米顆粒的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛單晶納米顆粒的制備方法，屬于無機非金屬材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]IT產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和科技的進步使得電子器件的小型化成為現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的強大趨勢，由此電子器件對材料的納米化提出了越來越多的要求。尤其是關(guān)于鐵電納米材料等方面的研究，在納米發(fā)動機、鐵電非揮發(fā)性存儲器等的需求推動下，越來越受到人們的關(guān)注。因此，納米結(jié)構(gòu)材料的合成和性能成為許多科研團隊的研究熱點。傳統(tǒng)的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛(PbTiO3)是一種典型的鐵電氧化物，其ABO3型的結(jié)構(gòu)簡單，具有高的鐵電相變居里溫度(490°C)和高的自發(fā)極化。鈦酸鉛具有豐富的物理性能，比如優(yōu)異的鐵電、壓電、介電性能，因此在非揮發(fā)性鐵電存儲器、壓電傳感器、熱釋電敏感器和高介電電容器等電子器件領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
[0003]高分子表面修飾劑，比如聚乙烯醇PVA、聚乙二醇PEG、聚丙烯醇PAA和聚乙烯吡咯烷酮PVP等，在水熱反應(yīng)的過程中起到非常重要的作用。特別是PVP，能夠起到結(jié)構(gòu)導向劑和分散劑的作用。因此利用PVP作為表面修飾劑，可以制備出具有規(guī)則刻面的方形鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛單晶納米顆 粒。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡單，過程易于控制的規(guī)則方形的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛單晶納米顆粒的制備方法。
[0005]規(guī)則方形的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛單晶納米顆粒的制備方法，包括以下工藝步驟:
O將鈦酸四丁酯溶于乙二醇甲醚中，配成濃度為0.51mol/L的鈦酸四丁酯溶液，在攪拌狀態(tài)下，向鈦酸四丁酯溶液中滴入質(zhì)量分數(shù)為30%的氨水溶液，使鈦酸四丁酯水解沉淀，過濾，洗滌，獲得鈦沉淀；
2)將硝酸鉛、氫氧化鉀和聚乙烯吡咯烷酮分別溶于去離子水，配置濃度為0.55mol/L的硝酸鉛水溶液、濃度為0.5mol/L的氫氧化鉀水溶液和濃度為2g/L的聚乙烯吡咯烷酮水溶液；
3)將以上制得的硝酸鉛水溶液、氫氧化鉀水溶液和聚乙烯吡咯烷酮水溶液按體積比1:1: 0.05^1以及鈦沉淀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)其體積達到反應(yīng)釜內(nèi)膽容積的80%，攪拌至少10-30min，得到懸濁液；
4)將步驟3)配置有反應(yīng)物料的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密封，在180-200°C溫度下進行水熱反應(yīng)3-48h后，置于空氣中自然降溫至室溫；
5)將步驟4)反應(yīng)釜中的反應(yīng)產(chǎn)物取出，過濾，用去離子水和無水乙醇清洗，烘干，得到規(guī)則方形的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛單晶納米顆粒。[0006]本發(fā)明中所采用的鈦酸四丁酯、硝酸鉛、氫氧化鉀和聚乙烯吡咯烷酮等化學試劑的純度均不低于化學純。
[0007]本發(fā)明采用高分子輔助水熱法，利用礦化劑氫氧化鉀來促進產(chǎn)物晶化，利用表面修飾劑聚乙烯吡咯烷酮作結(jié)構(gòu)導向劑和分散劑，在180_200°C溫度下進行水熱反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過濾，清洗，烘干，得到規(guī)則方形的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛單晶納米顆粒。本發(fā)明工藝過程簡單，易于控制，無污染，成本低，易于大規(guī)模生產(chǎn)；制得的規(guī)則方形的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛單晶納米顆粒純度高，形貌規(guī)則，尺寸均一。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是規(guī)則方形的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛單晶納米顆粒的XRD圖譜；
圖2是規(guī)則方形的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛單晶納米顆粒的SEM圖片；
圖3是規(guī)則方形的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛單晶納米顆粒的高分辨透射電鏡圖。
【具體實施方式】
[0009]以下結(jié)合實施例對本發(fā)明方法作進一步詳細說明。
[0010]實施例1
O將鈦酸四丁酯溶于乙二醇甲醚中，配成濃度為0.51mol/L的鈦酸四丁酯溶液，在攪拌狀態(tài)下，向鈦酸四丁酯溶液中滴入質(zhì)量分數(shù)為30%的氨水溶液，使鈦酸四丁酯水解沉淀，過濾，洗滌，獲得鈦沉淀；
2)將硝酸鉛、氫氧化鉀和聚乙烯吡咯烷酮分別溶于去離子水，配置濃度為0.55mol/L的硝酸鉛水溶液、濃度為0.5mol/L的氫氧化鉀水溶液和濃度為2g/L的聚乙烯吡咯烷酮水溶液；`
3)將以上制得的硝酸鉛水溶液、氫氧化鉀水溶液和聚乙烯吡咯烷酮水溶液按體積比1:1: 0.8以及鈦沉淀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)其體積達到反應(yīng)釜內(nèi)膽容積的80%，攪拌20min，得到懸濁液；
4)將步驟3)配置有反應(yīng)物料的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密封，在200°C溫度下進行水熱反應(yīng)IOh后，置于空氣中自然降溫至室溫；
5)將步驟4)反應(yīng)釜中的反應(yīng)產(chǎn)物取出，過濾，用去離子水和無水乙醇清洗，烘干，得到規(guī)則方形的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛單晶納米顆粒。
[0011]規(guī)則方形的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛單晶納米顆粒的XRD圖譜如圖1所示，其衍射峰對應(yīng)為純的四方相鈦酸鉛。產(chǎn)物的形貌圖如圖2所示，納米顆粒為規(guī)則方形，尺寸約為200nm。納米顆粒純度高，形貌規(guī)則，尺寸均一。圖3為產(chǎn)物的高分辨透射電鏡圖，由圖可以得出制得的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛納米顆粒為單晶結(jié)構(gòu)。晶面間距0.227nm和0.391nm,分別對應(yīng)(111)和(100)晶面。
[0012]實施例2
O將鈦酸四丁酯溶于乙二醇甲醚中，配成濃度為0.51mol/L的鈦酸四丁酯溶液，在攪拌狀態(tài)下，向鈦酸四丁酯溶液中滴入質(zhì)量分數(shù)為30%的氨水溶液，使鈦酸四丁酯水解沉淀，過濾，洗滌，獲得鈦沉淀；
2)將硝酸鉛、氫氧化鉀和聚乙烯吡咯烷酮分別溶于去離子水，配置濃度為0.55mol/L的硝酸鉛水溶液、濃度為0.5mol/L的氫氧化鉀水溶液和濃度為2g/L的聚乙烯吡咯烷酮水溶液；
3)將以上制得的硝酸鉛水溶液、氫氧化鉀水溶液和聚乙烯吡咯烷酮水溶液按體積比1:1: 0.05以及鈦沉淀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)其體積達到反應(yīng)釜內(nèi)膽容積的80%，攪拌lOmin，得到懸濁液；
4)將步驟3)配置有反應(yīng)物料的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密封，在180°C溫度下進行水熱反應(yīng)48h后，置于空氣中自然降溫至室溫；
5)將步驟4)反應(yīng)釜中的反應(yīng)產(chǎn)物取出，過濾，用去離子水和無水乙醇清洗，烘干，得到規(guī)則方形的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛單晶納米顆粒。[0013]實施例3
O將鈦酸四丁酯溶于乙二醇甲醚中，配成濃度為0.51mol/L的鈦酸四丁酯溶液，在攪拌狀態(tài)下，向鈦酸四丁酯溶液中滴入質(zhì)量分數(shù)為30%的氨水溶液，使鈦酸四丁酯水解沉淀，過濾，洗滌，獲得鈦沉淀；
2)將硝酸鉛、氫氧化鉀和聚乙烯吡咯烷酮分別溶于去離子水，配置濃度為0.55mol/L的硝酸鉛水溶液、濃度為0.5mol/L的氫氧化鉀水溶液和濃度為2g/L的聚乙烯吡咯烷酮水溶液；
3)將以上制得的硝酸鉛水溶液、氫氧化鉀水溶液和聚乙烯吡咯烷酮水溶液按體積比1:1:1以及鈦沉淀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)其體積達到反應(yīng)釜內(nèi)膽容積的80%，攪拌30min，得到懸濁液；
4)將步驟3)配置有反應(yīng)物料的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密封，在200°C溫度下進行水熱反應(yīng)3h后，置于空氣中自然降溫至室溫；
5)將步驟4)反應(yīng)釜中的反應(yīng)產(chǎn)物取出，過濾，用去離子水和無水乙醇清洗，烘干，得到規(guī)則方形的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛單晶納米顆粒。
[0014]實施例4
O將鈦酸四丁酯溶于乙二醇甲醚中，配成濃度為0.51mol/L的鈦酸四丁酯溶液，在攪拌狀態(tài)下，向鈦酸四丁酯溶液中滴入質(zhì)量分數(shù)為30%的氨水溶液，使鈦酸四丁酯水解沉淀，過濾，洗滌，獲得鈦沉淀；
2)將硝酸鉛、氫氧化鉀和聚乙烯吡咯烷酮分別溶于去離子水，配置濃度為0.55mol/L的硝酸鉛水溶液、濃度為0.5mol/L的氫氧化鉀水溶液和濃度為2g/L的聚乙烯吡咯烷酮水溶液；
3)將以上制得的硝酸鉛水溶液、氫氧化鉀水溶液和聚乙烯吡咯烷酮水溶液按體積比1:1: 0.5以及鈦沉淀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)其體積達到反應(yīng)釜內(nèi)膽容積的80%，攪拌20min，得到懸濁液；
4)將步驟3)配置有反應(yīng)物料的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密封，在180°C溫度下進行水熱反應(yīng)8h后，置于空氣中自然降溫至室溫；
5)將步驟4)反應(yīng)釜中的反應(yīng)產(chǎn)物取出，過濾，用去離子水和無水乙醇清洗，烘干，得到規(guī)則方形的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛單晶納米顆粒。
【權(quán)利要求】
1.一種規(guī)則方形的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛單晶納米顆粒的制備方法，其特征在于包括以下步驟: O將鈦酸四丁酯溶于乙二醇甲醚中，配成濃度為0.51mol/L的鈦酸四丁酯溶液，在攪拌狀態(tài)下，向鈦酸四丁酯溶液中滴入質(zhì)量分數(shù)為30%的氨水溶液，使鈦酸四丁酯水解沉淀，過濾，洗滌，獲得鈦沉淀； 2)將硝酸鉛、氫氧化鉀和聚乙烯吡咯烷酮分別溶于去離子水，配置濃度為0.55mol/L的硝酸鉛水溶液、濃度為0.5mol/L的氫氧化鉀水溶液和濃度為2g/L的聚乙烯吡咯烷酮水溶液； 3)將以上制得的硝酸鉛水溶液、氫氧化鉀水溶液和聚乙烯吡咯烷酮水溶液按體積比1:1: 0.05^1以及鈦沉淀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)其體積達到反應(yīng)釜內(nèi)膽容積的80%，攪拌至少10-30min，得到懸濁液； 4)將步驟3)配置有反應(yīng)物料的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密封，在180-200°C溫度下進行水熱反應(yīng)3-48h后，置于空氣中自然降溫至室溫； 5)將步驟4)反應(yīng)釜中的反應(yīng)產(chǎn)物取出，過濾，用去離子水和無水乙醇清洗，烘干，得到規(guī)則方形的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛單晶納米顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的規(guī)則方形的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鉛單晶納米顆粒的制備方法，其特征在于所述的鈦酸四丁酯、硝酸`鉛、氫氧化鉀和聚乙烯吡咯烷酮的純度均不低于化學純。
【文檔編號】C30B29/32GK103882525SQ201410101655
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月19日
【發(fā)明者】韓高榮, 虞婷婷, 任召輝, 李翔, 徐剛, 沈鴿 申請人:浙江大學