BaTi2O5纳米线的制备方法

摘要

本发明涉及制备BaTi2O5纳米线的方法，其通过熔盐、前驱体的选择及工艺条件的控制来制备BaTi2O5纳米线，其步骤包括：(1)将钡源原料、钛源原料与熔盐原料按BaC2O4·0.5H2O∶TiO2∶NaCl∶KCl的摩尔比为1∶2∶20∶20的比例混合，得到混合物；(2)将得到的混合物在乙醇或水介质中进行球磨，得到粉体；(3)将得到的粉体在烘箱中烘干后，置于马弗炉中高温煅烧，得到煅烧后的产物；(4)将煅烧后的产物随炉冷却后，洗涤干燥，即可。本发明工艺简单，重现性好，且所用原料为价廉易得的工业原料；制备中不使用有毒的有机金属化合物，符合环境要求；可以大量制备，适于工业化生产；应用范围广。

权利要求

1.一种制备BaTi2O5纳米线的方法，其特征是通过熔盐、前躯体的选择及工艺条件的控制来制备BaTi2O5纳米线，具体是采用包括以下步骤的方法：(1)将计量的钡源原料、钛源原料与熔盐原料混合，得到混合物；所述钡源原料、钛源原料和熔盐原料按BaC2O4·0.5H2O∶TiO2∶NaCl∶KCl的摩尔比为1∶2∶20∶20的比例混合；

(2)将得到的混合物在乙醇或水介质中进行球磨，得到粉体；

(3)将得到的粉体在烘箱中烘干后，置于马弗炉中高温煅烧，煅烧温度应高于氯化钠和氯化钾混合盐的熔融温度，得到煅烧后的产物；

(4)将煅烧后的产物随炉冷却后，洗涤干燥；

经过上述步骤，得到所述的BaTi2O5纳米线。

2.根据权利要求1所述的BaTi2O5纳米线的制备方法，其特征在于：所用钛源原料为二氧化钛，二氧化钛为锐钛矿相。

3.根据权利要求1所述的BaTi2O5纳米线的制备方法，其特征在于：将得到的混合物在乙醇或水介质中进行球磨混匀。

4.根据权利要求1所述的BaTi2O5纳米线的制备方法，其特征在于：将煅烧后的产物随-炉冷却后，用热水洗涤多次，并用AgNO3溶液检测至不能发现Cl 离子，烘箱中干燥6～12小时，得到白色BaTi2O5纳米线产物。

5.根据权利要求1所述的BaTi2O5纳米线的制备方法，其特征在于：得到的BaTi2O5纳米线，其长度为15微米～50微米，其截面形状为四方形。

说明书

BaTi2O5纳米线的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于纳米材料与纳米技术领域，具体涉及一种BaTi2O5纳米线的制备方法。

背景技术

[0002] BaTi2O5是BaO-TiO2二元体系中的高温介稳相，近年来，日本学者发现了其新的铁电性能，引起了人们的极大关注，BaTi2O5成为一种新型的无铅铁电材料。

[0003] 目前关于BaTi2O5的报道还不多，已有报道中，有国外研究者用浮融(floating zone)方法制备了单晶BaT2O5块体材料，748K时b轴方向介电常数达到20500。也有国外研究者用快速冷却法制备了针状BaT2O5单晶并研究它的铁电和介电性能，发现居里温度为2
430℃，在b轴方向上的介电常数高达30000，室温下自发极化强度高达7μc/cm，表现出良好的铁电和介电性能。还有国外研究者采用SPS方法制备了掺KF的致密BaTi2O5陶瓷。目前人们通过第一原理计算，解释了BaTi2O5具有铁电性的原因。由此可见，BaTi2O5作为一种新型无铅铁电材料，其独特的性能使其具有广泛应用的潜力。但相对于钙钛矿结构的BaTiO3，PZT等铁电材料而言，对BaTi2O5的研究才刚刚起步。目前国内尚未见制备BaTi2O5纳米线的报道，国际上已有的制备方法是基于液相法制备，与本发明相比有明显不同。所以，寻找工艺简单、成本低廉、高产率的BaTi2O5一维纳米材料的制备方法是有必要的。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是：为了解决现有技术中存在的问题，提供一种工艺简单、低成本、能大量生产的BaTi2O5纳米线的制备方法。

[0005] 本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

[0006] 本发明提供的制备BaTi2O5纳米线的方法，具体是：通过熔盐、前躯体的选择及工艺条件的控制，采用工业化生产制备BaTi2O5纳米线。该方法具体是采用包括以下步骤的方法：

[0007] (1)将经过化学计量的钡源原料、钛源原料与熔盐原料混合，得到混合物。

[0008] 所述钡源原料、钛源原料和熔盐原料按BaC2O4·0.5H2O∶TiO2∶NaCl∶KCl的摩尔比为1∶2∶20∶20的比例混合。

[0009] 所用钡源原料为草酸钡。所用钛源原料为二氧化钛，二氧化钛为锐钛矿相。所用熔盐原料为氯化钠和氯化钾混合盐，其摩尔配比为1∶1。

[0010] (2)将得到的混合物在乙醇或水介质中进行球磨，得到粉体。

[0011] (3)将得到的粉体在烘箱中烘干后，置于马弗炉中高温煅烧，加热温度高于氯化钠和氯化钾混合盐的熔融温度，得到煅烧后的产物。

[0012] (4)将煅烧后的产物随炉冷却后，洗涤干燥。

[0013] 用热水洗涤多次，并用AgNO3溶液检测至不能发现Cl-离子为止。采用烘箱干燥，干燥时间为6～12小时，

[0014] 经过上述步骤，得到所述的BaTi2O5纳米线。所得到的BaTi2O5纳米线产物为白色，其长度为15微米～50微米，其截面形状为四方形。

[0015] 本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：

[0016] 其一.工艺简单，重现性好，且所用原料为普通工业原料，价廉易得，低成本。

[0017] 其二.制备中不使用有毒的有机金属化合物，符合环境要求。

[0018] 其三.可以大量制备。

[0019] 其四.应用范围广。作为一种新型无铅缺电材料，BaTi2O5纳米线能广泛应用于纳米器件、薄膜、陶瓷、复合材料等应用领域。

附图说明

[0020] 图1是BaTi2O5纳米线的XRD图。

[0021] 图2是BaTi2O5纳米线的低倍SEM图。

[0022] 图3是BaTi2O5纳米线的高倍SEM图。

[0023] 图4是BaTi2O5纳米线的纳米线端面图。

[0024] 图5是BaTi2O5纳米线的TEM图。

[0025] 图6是BaTi2O5纳米线的高分辨TEM图。

[0026] 图7是BaTi2O5纳米线的选区电子衍射图。

[0027] 图8是BaTi2O5纳米线的能谱。

具体实施方式

[0028] 为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

[0029] 实施例1：

[0030] 1.原料：工业纯草酸钡、锐钛矿相二氧化钛、NaCl、KCl。

[0031] 2.按照如下步骤制备BaTi2O5纳米线

[0032] 1).将下述四种原料：①草酸钡，②二氧化钛(锐钛矿相)，③氯化钠，④氯化钾，按BaC2O4·0.5H2O∶TiO2∶NaCl∶KCl的摩尔比为1∶2∶20∶20的比例混合，具体为：草酸钡为1.4073g，二氧化钛为0.9585g，氯化钠为7.0130g，氯化钾为8.9460g；

[0033] 2).将步骤1)的混合物在乙醇(或水)介质中球磨30min；

[0034] 3).将步骤2)得到的粉体在60℃烘箱中烘干；

[0035] 4).将步骤3)得到的干粉置于刚玉坩埚中，于马弗炉中870℃保温9h；

[0036] 5).将步骤4)产物在随炉冷却后，用热水(80℃)洗涤多次，并用0.1mol/LAgNO3-溶液检测至不能发现Cl 离子，80℃烘箱中干燥6～12小时，得到白色BaTi2O5纳米线产物。

[0037] BaTi2O5纳米线产物的XRD图见图1，BaTi2O5纳米线产物的SEM图见图2-4，BaTi2O5纳米线产物的TEM图，电子衍射图，能谱见图5-8。

[0038] 图1中各衍射峰的位置和相对强度均与JCPDS卡片(85-0476)相吻合，表明产物为单斜相BaTi2O5，XRD图谱中没有其他衍射杂峰，说明本发明提出的熔盐法可以制备出单一物相的BaTi2O5。

[0039] 从图2-5可以看出合成产物形貌为线状，具有四方形截面(长度80-200nm，宽70-150nm)，长度为几微米到数十微米。

[0040] 图6-7进一步表明了所制备的BaTi2O5纳米线为单晶纳米线，晶体结构与JCPDS卡片(85-0476)相吻合。

[0041] 从图8可以看出BaTi2O5纳米线只具有Ba、Ti和O三种元素。

[0042] 分析测试表明，得到的产物为纯相BaTi2O5纳米线，纳米线具有四方形截面(长度80-200nm，宽70-150nm)，长度达15微米～50微米，产率高。

[0043] 本实施例子说明了BaTi2O5纳米线的制备方法，利用本发明的技术方案可以大批量制备BaTi2O5纳米线，因此本发明的实施例不限于此。

[0044] 实施例2：

[0045] 1.原料：工业纯草酸钡、锐钛矿相二氧化钛、NaCl、KCl。

[0046] 2.按照如下步骤制备BaTi2O5纳米线

[0047] 1).将下述四种原料：①草酸钡，②二氧化钛(锐钛矿相)，③氯化钠，④氯化钾，按BaC2O4·0.5H2O∶TiO2∶NaCl∶KCl的摩尔比为1∶2∶20∶20的比例混合，具体为：草酸钡为2.8146g，二氧化钛为1.9171g，氯化钠为14.0262g，氯化钾为17.8922g。

[0048] 2).将步骤1)的混合物在乙醇(或水)介质中球磨30min；

[0049] 3).将步骤2)得到的粉体在60℃烘箱中烘干；

[0050] 4).将步骤3)得到的干粉置于刚玉坩埚中，于马弗炉中870℃保温9h；

[0051] 5).将步骤4)产物在随炉冷却后，用热水(80℃)洗涤多次，并用0.1mol/LAgNO3-溶液检测至不能发现Cl 离子，80℃烘箱中干燥6～12小时，得到白色BaTi2O5纳米线产物。

[0052] 所得结果与实例1一致。

[0053] 实施例3：

[0054] 1.原料：工业纯草酸钡、锐钛矿相二氧化钛、NaCl、KCl。

[0055] 2.按照如下步骤制备BaTi2O5纳米线

[0056] 1).将下述四种原料：①草酸钡，②二氧化钛(锐钛矿相)，③氯化钠，④氯化钾，按BaC2O4·0.5H2O∶TiO2∶NaCl∶KCl的摩尔比为1∶2∶20∶20的比例混合，具体为：草酸钡为1.4073g，二氧化钛为0.9585g，氯化钠为7.0130g，氯化钾为8.9460g。

[0057] 2).将步骤1)的混合物在乙醇(或水)介质中球磨30min；

[0058] 3).将步骤2)得到的粉体在60℃烘箱中烘干；

[0059] 4).将步骤3)得到的干粉置于刚玉坩埚中，于马弗炉中890℃保温9h；

[0060] 5).将步骤4)产物在随炉冷却后，用热水(80℃)洗涤多次，并用0.1mol/LAgNO3-溶液检测至不能发现Cl 离子，80℃烘箱中干燥6～12小时，得到白色BaTi2O5纳米线产物。

[0061] 所得结果与实例1一致。