[发明专利]项链状钛酸铅纳米线的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无机功能纳米材料的制备方法，特别涉及一种采用反相微乳液法制备项链状钛酸铅纳米线的方法。 

背景技术

钛酸铅(PbTiO₃)是一种具有钙钛矿结构的铁电材料，因其具有居里温度高(大于490℃)、介电常数小以及热释电系数大等优点以及具有优良的热释电、压电、铁电、电光等性能而受到人们的普遍重视。它是制作高频滤波器、红外探测器、超声波换能器和电光器件的重要材料。传统钛酸铅粉体的制备方法为高温固相法，它是将PbO和TiO₂混合后经高温燃烧而制得，由于反应为固相与固相之间的反应且在高温下完成，因而反应不均匀、反应活性差、产品的粒度大、纯度低。为克服固相法的缺点，湿化学制备方法越来越受到人们的重视，包括化学共沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法等，但这些方法仍存在一些不足：化学共沉淀法制得的粉体化学均匀虽有所提高，但煅烧温度仍较高，颗粒尺寸大而粒度大小分布不均匀；溶胶-凝胶法生产成本高，生产过程难以控制；水热法需使用高压设备，增加了生产过程的危险性，产品粒子容易团聚。且上述方法都只能生产颗粒状的钛酸铅。纳米材料作为纳米科学的一个重要领域，以其优越的性能、广泛的应用前景而越来越受到材料科学家们的重视。近来，人们认识到纳米材料的性能取决于纳米材料的形貌和尺寸，如纳米线、纳米棒以及纳米管等一维纳米材料由于在电学、磁学、光学和力学等方面表现出奇特的性能而具有广泛的用途。因此，一维纳米材料的制备成为材料科学领域研究的热点和前沿。目前，国内外制备项链状钛酸铅纳米线的研究还很少，其公知文献也仅见其二。其一为电纺法，即“Lu X F，Zhang D L，Zhao Q D，et al.Large-Scale Synthesis of Necklace-LikeSingle-Crystalline PbTiO₃Nanowires[J]，Macromol.Rapid Commun.，2006，27： 76-80.”，该方法是先将聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)溶解在无水乙醇中，然后加入醋酸铅、钛酸丁酯和醋酸，搅拌后，将混合物电纺从而获得前驱体电纺纤维膜，再将前驱体在600℃煅烧2小时，得到项链状四方相单晶结构的钛酸铅纳米线，纳米线长度为十微米至几十微米，直径较宽处为100～200nm(纳米)，较窄处为20～50nm；其二为模板法，即“Bernadette A H，Chang K S，Michael T Set al.Examination of Size-Induced Ferroelectric Phase Transitions in TemplateSynthesized PbTiO₃Nanotubes and Nanofibers[J]，Chem.Mater.，2005，17：5909-5919.”，该方法是将钛酸四丁酯、醋酸铅、冰醋酸以及1-丁醇先形成溶胶，方法为：将醋酸铅溶解在冰醋酸中，60℃回流20分钟，冷却后，加入钛酸正丁酯的1-丁醇溶液，溶胶即形成。将溶胶滴在径迹刻蚀聚碳酸酯膜的表面，在毛细管力的作用下，溶胶即渗入膜的纳米孔洞中，干燥后，再在650℃煅烧6小时，即得含有PbTiO₃纳米线的膜，将膜放在6mol/L的NaOH溶液中，将膜溶解即得到长约6000nm、直径达200nm的项链状钛酸铅纳米线。以上方法存在生产效率低、产物量少、纳米线团聚严重、去掉支撑物后纳米线容易坍塌而破坏、纳米线中的杂质不易除去等缺陷。由于反相微乳液法用反相胶团作“微反应器”(纳米反应器)，可达到方便地控制材料的颗粒大小、形状的目的，并可以克服以上方法存在的缺陷，因而用反相微乳液法来制备不同形貌和尺寸且具有特殊性能的材料受到人们的日益重视。 

发明内容

本发明的目的是提供一种既成本低廉又易于工业化生产且生产工艺简单、生产过程安全，产品颗粒大小、形貌可控，粒子分散性良好而没有团聚现象，产品纯度高、性能优良的项链状钛酸铅纳米线的制备方法。 

本发明的目的是通过如下方式实现的：一种项链状钛酸铅纳米线的制备方法：