靜態(tài)與動態(tài)水熱法制備鈦酸鋇納米晶及其摻雜改性研究.pdf

1、鈦酸鋇(BaTiO3)納米晶具有較高的介電常數(shù)、低的介電損耗，被廣泛應(yīng)用于多層陶瓷電容器(MLCC)。關(guān)于鈦酸鋇粉體制備已經(jīng)有很多研究，但是仍然存在粒度不均勻、分散性差等問題，水熱合成法由于其合溫度低，合成粉體的純度高、粒徑均一、分散性好，已經(jīng)成為制備鈦酸鋇納米晶的主要手段之一。本文以酞酸丁酯[Ti(OC4H9)4，TNB]為鈦源、硝酸鋇[Ba(NO3)2]為鋇源、氫氧化鈉(NaOH)的水溶液為反應(yīng)介質(zhì)，分別采用靜態(tài)和動態(tài)水熱法制備高分

2、散、粒度均勻的鈦酸鋇納米晶;并利用XRD、SEM、TEM、TG、FI-TR等手段對產(chǎn)物進行了表征，研究了Ba/Ti比、NaOH濃度、水熱溫度等因素對鈦酸鋇納米晶的物相組成及微觀形貌的影響，探討了靜態(tài)和動態(tài)水熱法制備鈦酸鋇納米晶的動力學(xué)過程及生長機理。具體包括以下研究內(nèi)容:
　　 (1)以Ti(OC4H9)4水解得到的TiO2溶膠為鈦源，以Ba(NO3)2為鋇源，控制Ba/Ti比為1.5、反應(yīng)體系的NaOH濃度為2.0mol/L、

3、TiO2溶膠為0.2mol/L，在200℃靜態(tài)水熱反應(yīng)10h制備了鈦酸鋇納米晶。XRD與SEM表征表明:所得鈦酸鋇納米晶主要為立方相實心球形顆粒，粒徑均勻(76±13nm)、顆粒表面光滑、可單分散。系統(tǒng)研究了Ba/Ti比(0.7-2.0)、NaOH濃度(0.6-3.0mol/L)、水熱溫度(100-200℃)、水熱時間(10min-100h)對靜態(tài)水熱制備鈦酸鋇(BaTiO3)納米晶的物相與形貌的影響，發(fā)現(xiàn):隨著Ba/Ti比、NaOH濃

4、度、水熱溫度和水熱時間的增加，四方相含量增加，顆粒表面變光滑;在Ba/Ti比為1.2-1.5、NaOH濃度為1.0-3.0mol/L、水熱溫度為180-200℃的范圍內(nèi)能夠得到高分散的實心球體BaTiO3納米晶。在靜態(tài)水熱制備鈦酸鋇納米晶的生成過程中，鈦與鋇的前驅(qū)物快速形核長成幾納米的鈦酸鋇小顆粒，定向聚集成均勻球體，由于奧斯瓦爾德書熟化機制的作用，生成多面體結(jié)構(gòu)的大顆粒。
　　 (2)以Ti(OC4H9)4水解得到的TiO2溶

5、膠為鈦源，以Ba(NO3)2為鋇源，控制Ba/Ti比為1.2、反應(yīng)體系的NaOH濃度為1.0mol/L、TiO2溶膠為0.2mol/L，在180℃動態(tài)水熱反應(yīng)20h制備了缺口空心鈦酸鋇納米晶。所得BaTiO3納米晶的粒徑均勻，大小為93±20nm，呈單分散的缺口空心結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)研究了Ba/Ti比(1.0-2.0)、NaOH濃度(1.0-3.0mol/L)、水熱溫度(100-200℃)、水熱時間(30min-50h)對動態(tài)水熱制備鈦酸鋇納米

6、晶的物相與形貌的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Ba/Ti比、NaOH濃度、水熱溫度和水熱時間等因素對是否能形成空心結(jié)構(gòu)有很大影響;得缺口空心鈦酸鋇納米晶結(jié)構(gòu)理想條件為:Ba/Ti比大于等于1.2，NaOH濃度為1.0-1.5mol/L，水熱溫度要在180℃左右。在動態(tài)水熱制備BaTiO3納米晶的生長過程中，納米小顆粒的定向聚集成球形顆粒，然后由晶體的反向生長機制形成缺口空心結(jié)構(gòu)。
　　 (3)采用靜態(tài)水熱法制備了摻Zr鈦酸鋇納米晶:以Ti(O

7、C4H9)4水解得到的TiO2溶膠為鈦源，以Ba(NO3)2為鋇源，以硝酸鋯（為鋯源，控制Ba/Ti比為1.5、反應(yīng)體系的NaOH濃度為2.0mol/L、TiO2溶膠為0.2mol/L，鋯的摻入摩爾量為BaTiO3納米晶的0.1-2％，200℃靜態(tài)水熱反應(yīng)10h。利用LCR電表測試其介電常數(shù)，發(fā)現(xiàn)BaTiO3納米晶介電常數(shù)隨摻雜量的增加先增加后減小，摻雜量1％的BaTiO3納米晶樣品的介電常數(shù)(5432)最高，比未摻雜BaTiO3納米晶