钛酸钡纳米粉体制备的工艺研究

摘要

本文以乙酸钡和钛酸丁酯为钡源和钛源，分别采用沉淀法和非水解溶胶-凝胶法制备出分散性较好的钛酸钡（BT）纳米粉体。通过DTA-TG、XRD、TEM和FT-IR等测试手段分别确定了沉淀法和非水解溶胶-凝胶法中钛酸钡干凝胶热处理过程中的物相变化过程，同时探讨了沉淀法制备钛酸钡粉体时，前驱体浓度、复合溶剂配比、螯合剂和沉淀剂的用量以及分散剂PEG1000用量和加入时机、热处理制度对钛酸钡粉体合成及分散效果的影响；采用非水解溶胶-凝胶法制备钛酸钡粉体时，研究了钡源种类、溶剂种类、前驱体浓度、复合溶剂配比以及热处理制度对钛酸钡粉体合成及分散的影响。得出如下结论：
　　采用沉淀法制备钛酸钡纳米粉体时，较优的前驱体浓度为0.8 mol/L，前驱体浓度太小，不能合成钛酸钡纯相，前驱体浓度过高，粉体团聚更严重；钛酸丁酯与乙酰丙酮的最优摩尔比为1:1，当钛酸丁酯与乙酰丙酮摩尔比大于1:1时，钛酸丁酯易水解，得不到钛酸钡纯相，当钛酸丁酯与乙酰丙酮摩尔比小于1:1时，可以合成钛酸钡纯相，但是过量的乙酰丙酮对钛酸钡粉体形貌无明显改善；尿素与钛酸丁酯的摩尔比优选4:1，尿素添加量太少导致沉淀不完全而产生杂相；煅烧温度在750℃下保温5h最适宜，温度太低，不能合成钛酸钡，温度太高，会加剧粉体的团聚；在回流过程中加入占前驱体质量2.0 wt.％的分散剂PEG1000，粉体形貌大大改善，粉体粒径在20～50 nm左右，且团聚较轻。
　　采用非水解溶胶-凝胶法(NHSG)制备钛酸钡纳米粉体时，优选乙酸钡为钡源，以氯化钡为钡源不能实现钛酸钡粉体650℃的低温合成，这是因为钡的电负性小，氯的电负性大，形成的氯化钡是离子键化合物，不能与钛酸丁酯发生脱卤代烷反应；优选以丙三醇和乙醇为复合溶剂，以乙酸为溶剂时，由于乙酸为路易斯酸，易于催化钛酸丁酯发生同质聚合，难以形成异质聚合，这也是以其为溶剂时钛酸钡合成温度较高的根本原因；以丙三醇为单一溶剂时，粉体分散效果没有以丙三醇和乙醇为复合溶剂的好；当前驱体浓度为0.4 mol/L，以丙三醇和乙醇为复合溶剂且比例为4:1时，经110℃油浴、蒸馏，并在650℃下保温5 h可以得到粒径在20 nm左右、分散性良好的球形钛酸钡纳米粉体。

目录

声明

1引言

2文献综述

2.1 功能陶瓷

2.2 纳米材料

2.3.1 BaO-TiO2二元系统相图

2.3.2 钛酸钡的化学性质与晶体结构

2.3.3 钛酸钡的性能

2.4 钛酸钡粉体的国内外研究现状

2.4.1 固相法

2.4.2 水热法和溶剂热法

2.4.3 化学沉淀法

2.4.4 微乳液法

2.4.5 溶胶-凝胶法

2.5 纳米粉体发生团聚原因和控制方法

2.5.1 纳米粉体产生团聚的原因

2.5.2 纳米粉体团聚的控制

2.6 本课题研究的主要内容及创新点

3沉淀法制备钛酸钡粉体的研究

3.1 引言

3.2 实验与表征

3.2.1 实验原料与设备

3.2.2 工艺流程及样品制备

3.2.3 测试与表征

3.3 结果与讨论

3.3.1 钛酸钡前驱体热处理过程中物相变化研究

3.3.2 前驱体浓度对钛酸钡粉体合成及形貌的影响

3.3.3 螯合剂乙酰丙酮添加量对钛酸钡粉体合成及形貌的影响

3.3.4 复合溶剂配比对钛酸钡粉体合成和形貌的影响

3.3.5 沉淀剂尿素的添加量对钛酸钡粉体合成及形貌的影响

3.3.6 煅烧温度对钛酸钡粉体合成及形貌的影响

3.3.7 分散剂PEG 1000对钛酸钡粉体合成及分散效果的影响

3.4 本章小结

4非水解溶胶-凝胶法制备钛酸钡粉体的研究

4.1 引言

4.2 实验与表征

4.2.1 实验原料与设备

4.2.2 工艺流程及样品制备

4.3 结果分析与讨论

4.3.1 单一溶剂条件下钛酸钡粉体制备的研究

4.3.2 复合溶剂条件下钛酸钡粉体制备的研究

4.4 沉淀法和非水解溶胶-凝胶法制备钛酸钡反应历程的对比研究

4.5 本章小结

5 结论

致谢

参考文献