复合氧化物铁电钠米晶的液相制备

摘要

纳米有序结构材料是当今纳米材料领域中的研究热点之一。复合氧化物铁电纳米晶由于其自身优异的物理性能和晶粒内部结构特点，是自组装制备新一代超高密度铁电存储器极具潜力的结构单元。因此，高质量的复合氧化物铁电纳米晶的制备受到了人们极大的关注。
　　 本文在总结和概述铁电纳米晶制备方法原理及其研究进展的基础上，选择了Glycothermal法、水热法和反相微乳液法对具有钙钛矿型结构的(Ba，Sr)TiO3(BST)和具有层状钙钛矿结构的(Bi，La)4Ti3O12(BLT)氧化物纳米晶的制备进行了研究，其主要研究内容：
　　 一.BST纳米晶的Glycothermal法制备采用Glycothermal方法及微波辅助Glycothermal方法制备了BST纳米晶。选用无CO2去离子水和1，4-丁二醇作为反应介质，对TiO2·xH2O凝胶、硝酸锶、八水合氢氧化钡体系制备过程中反应介质醇水体积比(B/W)、反应温度、反应时间以及液相中Ba/(Ba+Sr)(mol％)等因素对产物晶型和晶粒大小的影响规律进行了研究。
　　 二.BLT纳米晶的水热法制备以TiO(OH)2、Bi(OH)3和La(OH)3的混合前驱物为原料，以KOH为矿化剂在水热条件下制备BLT纳米晶。研究了矿化剂浓度、反应温度、反应时间、表面活性剂及其浓度对产物晶型和晶粒大小的影响规律。
　　 三.BLT纳米晶的微乳液法制备以OP10/正丁醇/环己烷/铋、镧、钛的硝酸盐混合溶液组成微乳液体系，NH4OH作为沉淀剂制备BLT纳米晶。研究了水溶液相含量、mOP10/m环己烷比值、沉淀剂加入方式、双微乳及氮气载入氨水和煅烧温度等因素对产物组成，结晶性能和晶粒大小的影响。
　　 主要研究结论：
　　 一.调整反应介质的醇水比，可有效控制BST纳米晶的晶粒尺寸，得到晶粒尺寸分布窄、无团聚的BST纳米晶。当B/W=1、反应温度和时间为210℃×12h时，制备得到了晶粒大小为80～100nm、单分散的BST纳米单晶。随着反应温度的升高，产物结晶性能提高，BST中锶含量增加。前驱物中的钡锶比可明显影响产物BST的组成，其富钡相BS工具有四方结构。微波辅助Glycothermal合成反应中，BST纳米晶形成迅速，在420W微波炉中1min即形成BST纳米晶，改变反应体系的醇水比，同样可以调节纳米晶体的尺寸。随着微波加热时间的延长，产物的结晶性提高。
　　 二.利用水热合成技术，在220～240。C条件下保温6～12h，可得到BLT纳米晶。延长反应时间及提高反应温度可以提高晶体的结晶性能，促进晶粒长大；使用表面活性剂PAA-PEO可有效降低BLT纳米晶尺寸；当c(KOH)=1.4mol/L，反应温度和时间为220℃×12h时，制备得到了80×100nm左右的片状无团聚BLT纳米晶。
　　 三.采用反相微乳液法制备了BLT。纳米晶。研究了水溶液相含量对微珠的形貌和尺寸的影响，在所研究的不同水溶液相含量条件下微珠均为球形，水溶液相含量值越大，微珠尺寸越大；表面活性剂的浓度提高，纳米晶尺寸先减小后增大；双微乳法引入沉淀剂比气体载入氨水制备的前驱体稳定性高；前驱体在空气中于500～700℃煅烧4h，可得到BLT纳米晶，随着温度的提高，产物的结晶性提高，晶粒尺寸增大。