[发明专利]一种稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料及其制备方法，属于无机材料技术领域，一种稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料化学通式为Bi_0.5‑x‑yM_xYb_yNa_0.5TiO₃，M为稀土元素离子，x的取值范围为0.001≤x≤0.2，y的取值范围为0≤y≤0.3，通过溶胶‑凝胶自蔓延燃烧法制备的稀土掺杂钛酸铋钠纳米粉，相比现有技术合成温度显著下降，可以在200℃‑300℃的低温下合成；用所得纳米粉制备的陶瓷块体材料的最终烧结温度也得到显著下降，在800℃‑1000℃的较低温度下合成，而且呈现结晶完好的钙钛矿相结构，在红外光的激发下能够实现上转换发光，相比现有技术其介电特性、铁电特性和压电特性都得到了改善，并且不含铅，环保无污染。

技术领域

本发明涉及无机材料技术领域，具体为一种稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的进步及发展，将材料的电学、光学以及磁学性能复合起来，开发出新型的多功能微型化器件已成为目前材料和器件发展的趋势。因此，开展以多功能铁电钙钛矿氧化物材料为基质，集机电、机光和光电于一体，实现多维度可控的新型铁电压电研究，具有重要的基础意义及应用价值。

目前，在电学、光学以及磁学性能复合材料的制备过程中通常要使用到含铅的材料，但是含铅材料在制备、使用及废弃处理过程中给环境和人类健康造成的危害，对于材料无铅化的研究逐渐成为材料领域的主要研究发展方向。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种稀土掺杂钛酸铋钠上转换发光材料及其制备方法，能够有效降低纳米粉体和陶瓷的烧结温度，降低钠、铋元素的挥发，制得的稀土掺杂钛酸铋钠纳米粉体和陶瓷的介电、铁电、压电以及发光性能均显著提高。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一方面本发明公开一种稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料，所述材料的化学通式为Bi_0.5-x-yM_xYb_yNa_0.5TiO₃，M为稀土元素离子，x的取值范围为0.001≤x≤0.2，y的取值范围为0≤y≤0.3。

可选的，M选自稀土元素离子Er³⁺、Eu³⁺、Sm³⁺和Pr³⁺中的任意一种。

另一方面本发明公开一种稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1，称取：无水乙酸钠、五水硝酸铋、硝酸镱、钛酸四正丁酯和M的硝酸盐或者M的醋酸盐，其中，无水乙酸钠、五水硝酸铋、硝酸镱、钛酸四正丁酯和M的硝酸盐或者M的醋酸盐的摩尔比为0.5：(0.5-x-y)：y：1：x；

步骤S2，将步骤S1中称取的五水硝酸铋和M的硝酸盐或者M的醋酸盐加入乙二醇甲醚溶液，形成第一混合液；

步骤S3，将步骤S1中称取的无水乙酸钠加入乙二醇甲醚溶液中，同时加入与无水乙酸钠质量比为1:(3～5)的冰醋酸，形成第二混合液；

步骤S4，将步骤S1中称取的钛酸四正丁酯加入乙二醇甲醚溶液中，同时加入与钛酸四正丁酯摩尔比为2:1的螯合剂乙酰丙酮，形成第三混合液；

步骤S5，将第一混合液、第二混合液依次逐滴加入到第三混合液中，在室温下搅拌，然后将混合溶液加热至80℃～100℃搅拌，之后冷却至室温，得到澄清的稀土元素掺杂钛酸铋钠先驱体溶胶；

步骤S6，将所得澄清稀土掺杂钛酸铋钠先驱体溶胶放入烘箱，80℃-100℃下烘干，得到干凝胶；将干凝胶放入马弗炉，在200℃-300℃热处理1-2小时发生自蔓延燃烧反应，得到稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿纳米粉。