[发明专利]一种立方相BaTiO3纳米空心球的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种立方相BaTiO₃纳米空心球的制备方法。

背景技术

BaTiO₃具有典型的钙钛矿型结构，是钛酸盐系列电子陶瓷的基础母体材料，其具有高介电常数和低介电损耗的特点，有优良的压电、铁电、耐压和绝缘性能，在光学、热学、电子学、声学等领域均有广泛的应用，主要应用于压力传感器、热敏电阻器、电容器、微波器件、记忆元件等电子元件的制造。由于传统的固相反应法所得钛酸钡粉具有粒径较大、杂质较多、化学成分不均匀及团聚严重的缺点，影响了电子陶瓷的性能，也无法适应电子元件向小型、轻型、高可靠型发展的趋势，为此应用湿化学法制备纯度较高的纳米BaTiO₃粉体成为了热点，包括水热法、微波水热法、溶胶-凝胶法、共沉淀法、双金属醇盐法、溶剂热法、直接沉淀法等，如何获得分散性好、比表面积大的钛酸钡纳米粉体仍然是研究热点。BaTiO₃空心球不仅具有较大的比表面积和较低的材料密度，而且有利于颗粒的分散性，但是，制备出分散性好、粒径分布均匀的BaTiO₃纳米空心球仍有待探索。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种立方相BaTiO₃纳米空心球的制备方法，可获得粒径分布均匀、分散性较好的立方相BaTiO₃纳米空心球

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种立方相BaTiO₃纳米空心球的制备方法，包括如下步骤：

（1）配制质量浓度为0.1%～0.15%的LiCl水溶液，分别配置正硅酸乙酯的乙醇溶液A以及氨水的乙醇溶液B，其中溶液A与溶液B中无水乙醇量相等，无水乙醇总量与氨水的体积比为（5～14.3）：1，氨水的用量与正硅酸乙酯的体积比为（2～4）：1，再将2～3.5mL的LiCl水溶液加入到溶液B中，LiCl水溶液与氨水的体积比为1：（1～5），然后在不停搅拌下将溶液A加入溶液B中，反应20～22h后，分离沉淀，离心洗涤后于50～60℃干燥，得到表面改性的SiO₂纳米球体颗粒；

（2）称量SiO₂纳米颗粒，将其超声分散于有机溶液中，超声时间为2～3h，获得SiO₂颗粒悬浮液，其颗粒的质量分数为1.5%～2.5%；

（3）将两片ITO玻片相互平行并竖直浸入SiO₂颗粒悬浮液中，其中，两ITO玻片的间距为0.3～0.4cm，在两ITO玻片上通12～14V电压，通电35～50s后以0.4～0.5cm/min的速度提拉正极ITO玻片，最后于60℃烘干ITO玻片即获得SiO₂胶体晶体模板；

（4）将钛酸丁酯溶于冰醋酸和无水乙醇中形成溶液C，其中钛酸丁酯的浓度为0.7～0.8mol/L，冰醋酸与钛酸丁酯的摩尔比为（2～3）：1，此溶液的pH值调至3～4，将醋酸钡溶于去离子水中形成溶液D，其中醋酸钡的浓度为0.8～1mol/L，按钛酸丁酯和醋酸钡的摩尔比1：1的计量，将溶液D加入溶液C中，搅拌均匀后在40～60℃水浴条件下反应2～3h形成半凝胶，之后将SiO₂胶体晶体模板以一定角度浸入半凝胶中5～10min，缓慢提拉出膜层，用吸附纸除去表面过量的前驱体溶液；

（5）在膜层表面压上一清洗烘干的玻片形成双基片，将其水平放置后在70～80℃下烘干，再将双基片在800～900℃下煅烧2～3h后，将膜层浸入质量浓度15～20%的NaOH溶液中5～6h，用去离子水清洗后烘干即获得立方相BaTiO₃纳米空心球。

优选地，所述步骤（2）中的有机溶液为乙醇或甲醇。所述步骤（4）中SiO₂胶体晶体的浸入角度为与水平方向呈45～60度。

与现有技术相比，本发明提供的立方相BaTiO₃纳米空心球的制备方法中，以LiCl为表面改性剂获得表面荷电的二氧化硅纳米胶体球，再以ITO为电极和基底制备出二氧化硅胶体晶体，利用不同荷电的二氧化硅胶体球及调节提拉过程中的各工艺参数即可获得不同排列结构及间隙大小的胶体晶体模板；由于二氧化硅胶体晶体模板中胶体球的粒径分布均匀、排列周期性较好、间隙大小较均匀，当钛酸钡均匀填充于此模板间隙中时，在煅烧过程中将均匀而有限制地进行生长，由此可获得粒径分布均匀，分散性好的立方相BaTiO₃纳米空心球。

具体实施方式