專利名稱：一種分級多孔四方相的鈦酸鋇陶瓷材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米陶瓷材料領(lǐng)域，尤其涉及一種分級多孔四方相鈦酸鋇陶瓷材料的制備方法。
背景技術(shù)：
鈦酸鋇(BaTiO3)鐵電陶瓷(必須為四方相的鈦酸鋇)具有較高的介電常數(shù)，可用于制作電容器，鐵電陶瓷在外電場的作用下，還能改變形狀，將電能轉(zhuǎn)換為機械能(具有壓電材料的特性)，可用作擴音機、電唱機、超聲波儀、聲納、醫(yī)療用聲譜儀等。多孔材料是20世紀(jì)發(fā)展起來的新材料體系，主要分為金屬多孔材料和非金屬多孔材料。它的顯著特點是具有孔道大小可調(diào)的多孔結(jié)構(gòu)，應(yīng)用價值在于比表面積和吸附容量較大。多孔材料按照孔徑大小可分為三類孔徑< 2 nm的稱為微孔(HiiciOp0re)MW; 2 nm <孔徑< 50 nm的稱為介孔(mesopore)材料；孔徑> 50 nm的為大孔(macropore)材料。與一般體材料相比，多孔材料具有大表面積，高孔隙率，低密度，高透過性，高吸附性等諸多特能，在催化材料、催化載體、有害氣體吸附分離、色譜分離材料、生物和醫(yī)藥、環(huán)境污染處理等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。多孔鈣鈦礦氧化物一直吸引著人們的注意是因為多孔性可以提高鈣鈦礦氧化物的高介電性，光電性能及光催化性能等，因此提升了其在光電材料，催化劑能等材料方面的應(yīng)用，是近年來人們研究的熱點之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種分級多孔鈦酸鋇陶瓷材料的制備方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種分級多孔鈦酸鋇陶瓷材料的制備方法，該方法包括如下步驟
(1)制備碳酸鋇包覆二氧化鈦的納米空心球，包括以下子步驟
(I. O首先采用溶膠凝膠法制備二氧化鈦包覆二氧化硅納米球；
(I. 2)接著在馬弗爐中煅燒該二氧化鈦包覆二氧化硅納米球，煅燒溫度為550-700 0C ，煅燒時間為1-3小時；
(I. 3)然后將煅燒后的二氧化鈦包覆二氧化硅納米球轉(zhuǎn)移到含有氯化鋇和氫氧化鈉的混合溶液的聚四氟乙烯反應(yīng)釜中密封反應(yīng)，得到碳酸鋇包覆二氧化鈦的燒結(jié)前驅(qū)體，該前驅(qū)體呈納米空心球狀結(jié)構(gòu)；氯化鋇溶液為室溫下的飽和溶液，濃度一般為O. 03mol/L，氫氧化鈉濃度為I. OmoI/L,煅燒后的二氧化鈦包覆二氧化硅納米球與混合溶液的質(zhì)量體積比為
O.03:1 (g/ml)，密封反應(yīng)時間為30min，反應(yīng)溫度為120 0C ；
(1.4)將碳酸鋇包覆二氧化鈦用去離子水洗至中性，并在空氣中干燥，最終得到碳酸鋇包覆二氧化鈦的納米空心球；
(2)將步驟I得到的碳酸鋇包覆二氧化鈦的納米空心球作為燒結(jié)前驅(qū)體，然后在馬弗爐中直接煅燒該前驅(qū)體，煅燒溫度為900 0C ,煅燒時間為5小時，就得到了分級多孔四方相的鈦酸鋇陶瓷材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明制備方法所需的設(shè)備投資少，原料低廉且利用率高、生產(chǎn)費用低、工藝簡單、易于操作、反應(yīng)條件溫和、便于自動化大量生產(chǎn)以及所得材料污染少，達(dá)到了現(xiàn)代技術(shù)對于綠色環(huán)保的要求，是一種非常具有前景的多孔陶瓷材料的可行方法。


圖I為本發(fā)明中水熱與低溫?zé)Y(jié)相結(jié)合的方法制備的分級多孔鈦酸鋇陶瓷的掃描電子顯微鏡(SEM)圖和透射電子顯微鏡(TEM)圖；其中，圖IA圖單分散的二氧化硅納米球的SEM圖，圖IB為二氧化鈦包覆二氧化硅納米球的SEM圖，圖IC為煅燒過的二氧化鈦包覆二氧化硅納米球的SEM圖，圖ID為碳酸鋇包覆二氧化鈦的納米空心球的SEM圖，圖IE為分級多孔四方相的鈦酸鋇的SEM圖，圖IF圖為分級多孔四方相的鈦酸鋇的TEM圖2為本發(fā)明中水熱與低溫?zé)Y(jié)相結(jié)合的方法制備的分級多孔鈦酸鋇陶瓷的掃描電子顯微鏡(SEM)圖；其中，A、B、C圖分別對應(yīng)經(jīng)過5h，煅燒碳酸鋇包覆二氧化鈦的納米空心球前驅(qū)體，煅燒溫度為900°c、1000°c、110(rc時產(chǎn)物的SEM圖3為本發(fā)明中水熱與低溫?zé)Y(jié)相結(jié)合的方法制備的分級多孔鈦酸鋇陶瓷的X射線衍射(XRD)圖譜；
圖4為本發(fā)明中水熱與低溫?zé)Y(jié)相結(jié)合的方法制備的分級多孔鈦酸鋇陶瓷的反應(yīng)機理示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明分級多孔鈦酸鋇陶瓷材料的制備方法采用低溫?zé)Y(jié)技術(shù)，煅燒碳酸鋇包覆二氧化鈦的納米空心球前驅(qū)體，得到分級多孔的鈦酸鋇陶瓷材料。如圖4所示，本發(fā)明分級多孔鈦酸鋇陶瓷材料的制備方法，包括如下步驟
I、制備碳酸鋇包覆二氧化鈦的納米空心球，包括以下子步驟
1.1、首先采用溶膠凝膠法制備二氧化鈦包覆二氧化硅納米球。I. 2、接著在馬弗爐中煅燒該二氧化鈦包覆二氧化硅納米球，煅燒溫度為 550-700 qC ,煅燒時間為1-3小時。I. 3、然后將煅燒后的二氧化鈦包覆二氧化硅納米球轉(zhuǎn)移到含有氯化鋇和氫氧化鈉的混合溶液的聚四氟乙烯反應(yīng)釜中密封反應(yīng)，得到碳酸鋇包覆二氧化鈦的燒結(jié)前驅(qū)體， 該前驅(qū)體呈納米空心球狀結(jié)構(gòu)；氯化鋇溶液為室溫下的飽和溶液，濃度一般為O. 03mol/L, 氫氧化鈉濃度為I. OmoI/L,煅燒后的二氧化鈦包覆二氧化硅納米球與混合溶液的質(zhì)量體積比為O. 03:1 (g/ml)，密封反應(yīng)時間為30min，反應(yīng)溫度為120 0C。I. 4、將碳酸鋇包覆二氧化鈦用去離子水洗至中性，并在空氣中干燥，最終得到碳酸鋇包覆二氧化鈦的納米空心球。2、將步驟I最終得到的碳酸鋇包覆二氧化鈦的納米空心球，作為燒結(jié)前驅(qū)體，然后在馬弗爐中直接煅燒該前驅(qū)體，煅燒溫度為900 0C ,煅燒時間為5小時，就得到了分級多孔四方相的鈦酸鋇陶瓷。應(yīng)用本發(fā)明的方法制得的分級多孔陶瓷，其燒結(jié)溫度屬于低溫?zé)Y(jié)范疇，化學(xué)穩(wěn)定性好，具有高度開口、內(nèi)連的孔，孔徑可控、孔道分布均勻，比表面積和體積比高。下面根據(jù)附圖和實施例詳細(xì)描述本發(fā)明，本發(fā)明的目的和效果將變得更加明顯。圖I為采用日本HITACHI S-4800掃描電子顯微鏡(SEM)在IOkv高壓下對分級多孔鈦酸鋇陶瓷的形貌進(jìn)行觀察分析。其中，圖IA為單分散的，直徑約為350nm的表面光滑二氧化硅納米球的SEM圖；圖IB為單分散的，直徑約為450nm 二氧化鈦包覆二氧化硅納米球的SEM圖，二氧化鈦小粒子一層層的包覆在光滑的二氧化硅納米球表面，由此我們得到二氧化鈦殼層的厚度約為50nm ;圖IC為煅燒過的二氧化鈦包覆二氧化硅納米球的SEM圖， 該納米球的尺寸和形貌都與未煅燒前的大體相似；圖ID為碳酸鋇包覆二氧化鈦的納米空心球的SHM圖，由破碎的納米球可以看出其為空心結(jié)構(gòu)，經(jīng)過水熱反應(yīng)后得到的該納米球的尺寸和殼層形貌與煅燒過的二氧化鈦包覆二氧化硅納米球基本一致；圖IE為分級多孔四方相的鈦酸鋇的SEM圖。由圖可以看出，采用低溫?zé)Y(jié)方法制備的分級多孔陶瓷具有均勻分布、三維連接的孔，平均孔徑為IOOnm左右。采用日本JEM 2100F透射電子顯微鏡(TEM)在IOkv高壓下對分級多孔鈦酸鋇陶瓷的形貌進(jìn)行觀察分析。圖IF為分級多孔四方相的鈦酸鋇的TEM圖。由圖IF可見，四方相的分級多孔鈦酸鋇的晶格條紋間距為O. 2831nm對應(yīng)的是其[101]晶面。圖2為采用日本HITACHI S-4800掃描電子顯微鏡(SEM)在IOkv高壓下對分級多孔鈦酸鋇陶瓷的形貌進(jìn)行觀察分析。其中，圖2圖為煅燒溫度為900 0C ,煅燒時間為5小時，得到的分級多孔四方相的鈦酸鋇陶瓷，此時平均孔徑為IOOnm左右；圖28為煅燒溫度為 1000 °C7 ,煅燒時間為5小時，得到的分級多孔四方相的鈦酸鋇陶瓷，此時平均孔徑為50nm 左右；圖2C為煅燒溫度為1100 0C ,煅燒時間為5小時，得到的分級多孔四方相的鈦酸鋇陶瓷，此時均勻分布、三維連接的孔消失。圖3為采用德國fcuker AXS D8 Discover X射線衍射儀以Cu Ka射線(波長λ =O. 15405nm,掃描步速O. 02° /s)為衍射光源在室溫下對分級多孔鈦酸鋇陶瓷作X射線衍射(XRD)分析。該圖中，A為二氧化鈦包覆二氧化硅納米球的XRD，B為煅燒過的二氧化鈦包覆二氧化硅納米球的XRD，C為碳酸鋇包覆二氧化鈦的納米空心球的XRD，D、E、F分別對應(yīng)在900°C煅燒碳酸鋇包覆二氧化鈦的納米空心球前驅(qū)體，煅燒時間為lh、3h、5h時產(chǎn)物的 XRD。
權(quán)利要求
1.一種分級多孔鈦酸鋇陶瓷材料的制備方法，其特征在于，該方法包括如下步驟(1)制備碳酸鋇包覆二氧化鈦的納米空心球，包括以下子步驟(I. O首先采用溶膠凝膠法制備二氧化鈦包覆二氧化硅納米球；(I. 2)接著在馬弗爐中煅燒該二氧化鈦包覆二氧化硅納米球，煅燒溫度約為550-700 eC,煅燒時間約為1-3小時；(I. 3)然后將煅燒后的二氧化鈦包覆二氧化硅納米球轉(zhuǎn)移到含有氯化鋇和氫氧化鈉的混合溶液的聚四氟乙烯反應(yīng)釜中密封反應(yīng)，得到碳酸鋇包覆二氧化鈦的燒結(jié)前驅(qū)體，該前驅(qū)體呈納米空心球狀結(jié)構(gòu)；氯化鋇溶液為室溫下的飽和溶液，濃度一般為O. 03mol/L，氫氧化鈉濃度為I. OmoI/L,煅燒后的二氧化鈦包覆二氧化硅納米球與混合溶液的質(zhì)量體積比為O.03:1 (g/ml)，密封反應(yīng)時間為約30min，反應(yīng)溫度約為120 eCf ；(1.4)將碳酸鋇包覆二氧化鈦用去離子水洗至中性，并在空氣中干燥，最終得到碳酸鋇包覆二氧化鈦的納米空心球；(2)將步驟I得到的碳酸鋇包覆二氧化鈦的納米空心球作為燒結(jié)前驅(qū)體，然后在馬弗爐中直接煅燒該前驅(qū)體，煅燒溫度約為900 0C ,煅燒時間約為5小時，就得到了分級多孔四方相的鈦酸鋇陶瓷材料。
全文摘要
本發(fā)明公開一種分級多孔四方相的鈦酸鋇陶瓷材料的制備方法，該方法首先制備碳酸鋇包覆二氧化鈦的納米空心球作為燒結(jié)前驅(qū)體，然后在溫度為900℃的馬弗爐中，直接煅燒該前驅(qū)體，就得到了分層多孔四方相的鈦酸鋇陶瓷。碳酸鋇包覆二氧化鈦的納米空心球燒結(jié)前驅(qū)體控制多孔陶瓷孔的生成，同時，燒結(jié)溫度影響孔徑的大小。當(dāng)燒結(jié)溫度從900℃升到1100℃時，孔徑由幾百納米降到幾納米，陶瓷稠化度增加。應(yīng)用本發(fā)明的方法制得的分級多孔陶瓷，其燒結(jié)溫度屬于低溫?zé)Y(jié)范疇，化學(xué)穩(wěn)定性好，具有高度開口、內(nèi)連的孔，孔徑可控、孔道分布均勻，比表面積和體積比高。
文檔編號C04B35/626GK102584215SQ20111041680
公開日2012年7月18日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者李楊, 李超榮, 董文鈞 申請人:浙江理工大學(xué)