[发明专利]一种低温原位法生产钛酸钡纳米粒子的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用低温原位流变相方法制备钛酸钡球形纳米粒子的方法。

背景技术

钛酸钡是一种强介电化合物材料，具有高介电常数、低介电损耗、不含有毒元素等特点，是电子陶瓷中使用最广泛的材料之一，广泛应用于多层片式陶瓷电容器、正温度系数热敏电阻、复合材料陶瓷填料等领域，被称为电子陶瓷工业的支柱。随着现代先进制造业对于控制精度的要求越来越高，相应对电子元器件集成化、小型化的要求也愈来愈高。对于陶瓷前驱体材料粒度的纳米化提出了新的要求。目前，工业通常采用高温固相法制备大批量的钛酸钡陶瓷粉体材料，其原料为金属氧化物，此方法于现代工业技术具有明显的缺陷，例如，前驱体的煅烧温度较高，耗能高；粉体粒度不均匀，质量一致性难以保证；粒度一般大于100 nm，粉体活性低，故该方法有一定的局限性，难以达到现代制造业的要求。目前，仅有世界少数企业能够提供大批量纳米级钛酸钡粉体（如日本堺化学，垄断全球超过90%的纳米级钛酸钡粉体市场），其主要采用液相水热方法，该方法设备成本较高，且制备过程需要采用大量液相介质和抗团聚剂，单位体积产品产量较低，生产效率不高。

本发明针对钛酸钡纳米粉体市场需求日益增加，技术壁垒高的背景，利用液态钛基金属有机化合物提供钛源，与氢氧化钡直接于室温搅拌制成前驱浆料，然后将流变相前驱体转移到容器中，通过控制固-液反应的温度和时间，制备出球状核壳纳米粒子。该制备过程中，有机钛源与氢氧化钡发生原位水解反应，最终生成钛酸钡。本发明所具有工艺简单，反应温度低、环境友好，单位体积产量高、成本低廉等优点，制得的钛酸钡纳米粒子为近球形，且尺寸分布均匀，粒度可控，可以作为高端片式陶瓷电容器、PTC热敏电阻等电子元器件的陶瓷基体原材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低能耗，球形钛酸钡纳米粒子的合成方法；该方法利用氢氧化钡提供钡离子、液态钛基金属-有机化合物为钛源，混合均匀后形成流变相前驱体，采用低温原位反应制备出尺寸为20-100 nm的钛酸钡近球状纳米粒子。本发明涉及的纳米粒子制备方法具有产物尺寸可控、成本低廉、单位体积产量高、环境友好、可重复性好等优点，可用于片式陶瓷电容器、PTC热敏电阻、复合材料陶瓷基体等领域。

本发明所涉及的低温流变相钛酸钡纳米粒子制备方法按下列步骤进行：

(a) 将一定质量的氢氧化钡置于烧杯中；

(b) 在a步骤中的容器中加入等摩尔质量的钛基金属有机化合物；

(c) 将b步骤所得固-液混合物搅拌30 min，使固体和液体混合均匀，形成均一的流变相前驱体；

(d) 将c步骤中所得流变相前驱体转移到容器中，前驱体占容器的体积为10-80 %；

(e) 将d步骤中的容器密封，并置于恒温箱中，反应温度为80-160℃，反应时间为0.5-15 h；

(f) 步骤e所得产物转移至布氏漏斗中，用0.05-0.2 mol/L稀盐酸洗涤3次；

(g) 步骤f所得产物分散到离心管中，分散介质为去离子水，离心机转速3000-5000 r/min，每次离心10-30min, 上述步骤重复3-5次；

(h) 步骤g所得离心产物置于真空干燥箱中干燥24h。

本发明涉及的钛酸钡纳米粒子有望应用于高端片式陶瓷电容器、PTC热敏电阻等电子元器件的陶瓷基体原材料等方面。

本发明针对工业领域对于钛酸钡纳米粉体的需求，提供一种成本低廉、工艺简单、环境友好的钛酸钡纳米粉体大批量合成方法，这种方法合成的纳米粒子具有粒子尺寸小、形貌成分可调、尺寸分布均匀、结晶性好等优点。

本发明合成钛酸钡纳米粉体的过程中，在以下方面具有独特之处：

(1)与固相反应相比，整个制备过程温度较为温和（低于200℃），节约大量能源，降低制备成本；

(2)相同体积容器产量极高，为液相反应（水热、溶胶凝胶法、共沉淀法等）的数百倍甚至数千倍，提高了生产效率；

(3)所制备的纳米粉体尺度均一，接近单分散，并可通过调节反应参数调节产物尺寸；

(4)反应过程中除基本钛源和钡源外，整个反应过程无其他物质参与，制备的纳米粉体纯度高，杂质含量少；

(5)所制备的核壳型纳米粒子包含以下方面应用：

(a)在高端片式陶瓷电容器中的应用；

(b)在PTC热敏电阻中的应用；

(c)在复合材料陶瓷基体中的应用；

(d) 在电动汽车动力电源中的应用。

具体实施案例

实施例1.