[发明专利]一种铌酸钾钠体系纳米线材料及其制备方法有效

专利信息
申请号: 201611181176.7 申请日: 2016-12-20
公开(公告)号: CN106631016B 公开(公告)日: 2019-12-13
发明(设计)人: 江民红;严亚飞;郝崇琰;李林;饶光辉;顾正飞;成钢;刘心宇 申请(专利权)人: 桂林电子科技大学
主分类号: C04B35/495 分类号: C04B35/495;C04B35/622;B82Y30/00;B82Y40/00;C04B35/64
代理公司: 45112 桂林市华杰专利商标事务所有限责任公司 代理人: 唐修豪
地址: 541004 广西*** 国省代码: 广西;45
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摘要:
搜索关键词: 一种 铌酸钾钠 体系 纳米 线材 料及 制备 方法
【说明书】:

发明提供一种铌酸钾钠体系纳米线以Na2CO3、K2CO3、Li2CO3、Nb2O5、Bi2O3为原料,按照化学式99.6K0.5Na0.5NbO3‑0.4LiBiO3进行配料。其制备方法包括:(1)所有原料在称量配料前均置于烘箱中烘干;(2)准确称量后,以无水乙醇为介质球磨;(3)将球磨后产物取出,烘干,预烧;(4)以无水乙醇为介质球磨后烘干;(5)将烘干的粉料过筛后,压制成圆坯;(6)将压制好的圆坯固相烧结,在烧结体中获得铌酸钾钠体系纳米线。本发明的优点是可采用传统陶固相烧结法获得铌酸钾钠基纳米线。

技术领域

本发明涉及压电纳米材料领域,具体是一种铌酸钾钠体系纳米线材料及其制备方法。

背景技术

纳米技术作为21世纪一个重要新兴科技领域,在理论与实践上正经历着高速发展,大量新型纳米材料与器件不断被开发出来, 并在生物医学、国防以及日常生活的各个领域展现前所未有的应用前景。将基于压电效应的纳米材料技术用到纳米发电机、THz通信、生物医学传感器等方面正受到国际上极大的关注。特别是纳米发电机,《Science》、《Advance materials》杂志给予了专门报道。在有关纳米压电材料的应用上,铌酸钾钠体系具有综合性能优异的优势,如压电系数、机电耦合系数和居里温度高及组成元素对人类友好,这在作为植入人体的生物医疗器械方面尤为重要。

从压电式纳米换能器的效率方面来讲,除了在一定程度上受系统集成组装的质量影响外,最主要的影响因素应该是其核心部件—压电材料的压电性能,高压电系数的压电材料将表现出更高的压电性能。事实上,除了ZnO外,还包括现在应用最多的铅基压电陶瓷(如PZT),以及目前研究很热的几类无铅压电材料(如铌酸钾钠体系、钛酸钡钾钠体系等),后面这几类压电材料的压电性能都远高于ZnO。当然,由于铅基压电陶瓷含铅且含铅量高于60%(质量比)不利于人类环境保护而即将被淘汰,特别是作为植入人体的医疗器械,更不应该采用。作为替代,无铅压电材料的研究及尽早开发自然十分迫切。比较目前研究比较热的几类无铅压电材料,铌酸钾钠体系由于具有很好综合性能优势,如高的压电系数、高的机电耦合系数、高的居里温度和组成元素对人类友好,而成为首选材料之一。

目前,无铅压电材料研究报道最多的是块体陶瓷材料,但是在微纳技术领域则恰恰需要相应的具有微纳米尺寸的材料,例如在微型马达、生物医药传感器、监控、生物活体探测和太赫兹波通信等方面。从上述研究报道来看,目前针对铌酸钾钠纳米线的制备方法主要有模板生长法、水热法、溶胶-凝胶法、熔盐法和静电纺丝法等。虽然每种方法各有优点,但也各自存在一些问题。

模板生长法可以采用AAO、碳纳米管、分子筛和硅纳米线等模板进行辅助生长,具有纳米线排列可控、对材料结构限制少等优点,但是存在所制备的纳米线通常是多晶,不易获得单晶,且产物中因模板的存在易引入杂质的技术问题。

水热法和溶胶-凝胶法等液相法具有低温、低成本优势,及产量高和均匀性好等优点,但是存在产物长径比较低、尺寸较大,工艺复杂且产物纯度不高的技术问题。此外,水热法还存在只能用于制备对水或溶剂不敏感的化合物的技术问题。

此外,如果不结合使用模板生长法而单纯采用液相法,生长出来的铌酸钾钠纳米线则杂乱无章排列。

迄今为止,有关铌酸钾钠体系,特别是99.6K0.5Na0.5NbO3-0.4LiBiO3体系纳米线的固相制备技术还没有相关报道。

发明内容

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