粉體的方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于濕化學(xué)法制備納米粉體領(lǐng)域，具體是一種微波水熱法制備納米Ba(Fe0.sNb0.s) O3粉體的方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]近年來，高介電常數(shù)材料在微電子領(lǐng)域扮演這越來越重要的角色。其中Ba(FeQ.5NbQ.5)03(BFN)材料是典型的Fe基復(fù)合鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料之一，因其很高的介電常數(shù)以及良好的溫度穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性而受到廣泛關(guān)注。
[0003]眾所周知，材料的宏觀性能與它們的微觀結(jié)構(gòu)(如粒子尺寸、形貌、內(nèi)部缺陷等)密切相關(guān)。細(xì)晶粒尺寸的陶瓷介電材料往往會(huì)表現(xiàn)出更優(yōu)越的介電性能，這就要求選用的粉體晶粒尺寸盡可能小，因此制備納米尺寸的Ba(Fet).5Nb0.5)03粉體就成為了關(guān)鍵。目如制備Ba(FeQ.5NbQ.5)03粉體的方法主要有兩種，一種是傳統(tǒng)固相法，該方法簡單易行，但存在制備的粉體顆粒尺寸很大、球磨周期長、煅燒溫度高和可燒結(jié)性低等缺陷，限制了陶瓷性能的提高。另一種是共沉淀法，通過該法雖然制備出了納米的Ba(FeQ.5NbQ.5)03粉體，但合成的粉體需要較高的煅燒溫度，且粉體團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004]本發(fā)明解決的問題在于提供一種微波水熱法制備納米Ba(FeQ.5NbQ.5)03粉體的方法，該方法工藝簡單，周期短且節(jié)省能源，制得粉體粒徑小而均勻。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0006]包括如下步驟，
[0007](I)按照摩爾比為2:1:1稱量原料83(從)3)2』6(勵(lì)3)3.9H20和NbCl5;
[0008](2)將Ba(NO3)2加入去離子水中，持續(xù)攪拌直至完全溶解完全，得到Ba(NO3)2水溶液；
[0009](3)在持續(xù)攪拌條件下，將Fe(NO3)3.9出0加入步驟⑵所得的Ba(NO3)2水溶液中，混合均勻得到混合溶液A;
[0010](4)將NbCl5加入鹽酸溶液中，持續(xù)攪拌直至他(:15完全溶解，得到他(:15的鹽酸溶液;再將NbCl5的鹽酸溶液滴加到混合溶液A中，混合均勻得到混合溶液B;
[00?? ] (5)調(diào)節(jié)混合溶液B的pH值至大于12，形成Ba(Fet).5Nb0.5)03的共沉淀前驅(qū)體；
[0012](6)將步驟(5)獲得的Ba(FeQ.5NbQ.5)03的共沉淀前驅(qū)體轉(zhuǎn)移至微波水熱反應(yīng)釜中，在200?220 0C反應(yīng)I?1.5h，得到物料，將得到的物料洗滌、烘干并過篩，獲得納米Ba(Fe0.5Nb0.5)03 粉體。
[0013]進(jìn)一步地，所述的步驟(2)中，Ba(NO3)2水溶液的濃度為0.06?0.09mol/L。
[0014]進(jìn)一步地，所述的步驟(3)中，將Fe(NO3)3.9出0加入Ba(NO3)2水溶液中后，再向Ba(NO3)2水溶液中滴入5?10滴雙氧水，雙氧水的質(zhì)量濃度為30% ;步驟⑶中持續(xù)攪拌的時(shí)間為I?2h。
[0015]進(jìn)一步地，所述的步驟(4)中，鹽酸的濃度為I?3mol/L;NbCl5的鹽酸溶液的濃度為0.06?0.09mol/L。
[0016]進(jìn)一步地，所述的步驟(4)中，NbCl5在鹽酸溶液中完全溶解攪拌的時(shí)間為1?15h0
[0017]進(jìn)一步地，所述的步驟(4)中，在持續(xù)攪拌的條件下，將NbCl5的鹽酸溶液滴加到混合溶液A中，且攪拌的時(shí)間為I?2h。
[0018]進(jìn)一步地，NbCl5的鹽酸溶液的滴加速率為I?2mL/min。
[0019]進(jìn)一步地，所述的步驟(5)中，通過滴加濃度為5?lOmol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)混合溶液B的pH值，NaOH溶液的滴加速率為2?3mL/min。
[0020]進(jìn)一步地，所述的步驟(5)中，調(diào)節(jié)混合溶液B的pH值至大于12時(shí)，產(chǎn)生棕褐色的沉淀。
[0021]進(jìn)一步地，所述的步驟(6)中，微波水熱反應(yīng)釜的功率為120?200w;填充比為40?50% ;物料的洗滌為水洗8?12遍;烘干溫度為80?100°C ;過篩為過300目篩。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0023]本發(fā)明采用微波水熱法制備納米Ba(FeQ.5NbQ.5)03粉體，該方法繼承了傳統(tǒng)水熱法的優(yōu)點(diǎn)，又結(jié)合了微波加熱技術(shù)快速高效且節(jié)省能源的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合兩者的優(yōu)勢制備出理想的納米材料。通過這種可控的濕化學(xué)法制備粉體，可精確控制化學(xué)計(jì)量比，減少了雜質(zhì)元素?fù)诫s的機(jī)會(huì);相比于其他的制備方法，該方法反應(yīng)時(shí)間大大縮短，反應(yīng)溫度大幅度降低，而且粉體不需要后期高溫煅燒的工序，顯著節(jié)省了能源，且操作簡單，工藝重復(fù)性好。制備的Ba(FeQ.5NbQ.5)03粉體純度高，形貌良好，粒度分布均勻，團(tuán)聚現(xiàn)象明顯改善，分散性好，平均尺寸在30nm左右。本發(fā)明采用微波水熱法制備Ba(FeQ.5Nb0.5)03，不僅可以減小后期陶瓷的晶粒尺寸，而且可以使得陶瓷的介電性能得到極大地改善，如:介電損耗降低，溫度穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性得到提高等，使得該材料可適應(yīng)更廣泛的環(huán)境條件，極大地提高了其應(yīng)用價(jià)值。
[0024]進(jìn)一步，本發(fā)明通過滴加雙氧水作為促進(jìn)劑和穩(wěn)定劑，使粉體顆粒更均勻。
[0025]進(jìn)一步，通過控制混合溶液的攪拌時(shí)間，從而能夠提高前驅(qū)物的均勻性，從而保證產(chǎn)品的純度。
[0026]進(jìn)一步，通過分別控制NbCl5鹽酸溶液和NaOH溶液滴加速率，加強(qiáng)對本發(fā)明的粉體顆粒形貌的可控度。
【【附圖說明】】
[0027]圖1為本發(fā)明實(shí)施例制備的納米Ba(FeQ.5NbQ.5)03粉體X射線衍射圖譜。
[0028]圖2為本發(fā)明實(shí)施例制備的納米Ba(FeQ.5NbQ.5)03粉體的掃描電子顯微鏡圖像。
【【具體實(shí)施方式】】
[0029]下面結(jié)合具體的實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。
[0030]實(shí)施例1
[0031]本發(fā)明一種微波水熱法制備納米Ba(Fet).sNb0.5 )03粉體的方法，包括如下步驟，
[0032](I)提前配制濃度為lmol/L的稀鹽酸溶液和濃度為5mol/L的NaOH溶液，備用。按照Ba(FeQ.5Nb0.5)03的化學(xué)計(jì)量比2:1:1準(zhǔn)確稱量Ba(N03)2、Fe(N03)3.9H20、NbCl5。
[0033](2)快速稱取NbCl5,將其溶于提前配制的稀鹽酸中，用保鮮膜封口，并置于磁力攪拌器中攪拌1h使他(:15完全溶解在鹽酸溶液中，得到NbCl5的鹽酸溶液，Nb5+離子的濃度為0.06mol/Lo
[0034](3)將Ba(NO3)2加入于去離子水中，攪拌直至溶解完全，得到Ba(NO3)2水溶液，Ba(NO3)2水溶液的濃度為0.06mol/L；
[0035]再在持續(xù)攪拌條件下向Ba(NO3)2水溶液中加入Fe(NO3)3.9H20，并滴加5滴質(zhì)量濃度為30%的雙氧水，攪拌Ih后混合均勻得到混合溶液A。
[0036](4)在攪拌狀態(tài)下向混合溶液A中滴加NbCl 5的鹽酸溶液，NbCl 5的鹽酸溶液的滴加速率為lmL/min，充分?jǐn)嚢鐸h后混合均勻得到混合溶液B?；旌先芤築中Ba2+、Fe3+和Nb5+離子的摩爾比為2:1:1。
[0037](5)用濃度為5mol/L的NaOH溶液滴定混合溶液B，控制NaOH溶液滴定速率為2mL/min，直至混合溶液B的pH值達(dá)到13時(shí)，產(chǎn)生棕褐色沉淀，得到共沉淀前驅(qū)體。
[0038](6)將共沉淀前驅(qū)體倒入微波水熱反應(yīng)釜中，密封反應(yīng)，反應(yīng)溫度為200°C，反應(yīng)時(shí)間為1.5h，微波水熱反應(yīng)釜的功率為120w，填充比為40%;反應(yīng)完成后冷卻至室溫;取出反應(yīng)釜中的物料水洗8次，在80 0C烘干、過300目篩即得納米Ba(Fe0.sNb0.5)O3粉體。
[0039]實(shí)施例2
[0040]本發(fā)明一種微波水熱法制備納米Ba(Fet).sNb0.5 )03粉體的方法，包括如下步驟，
[0041 ] (I)提前配制濃度為2mol/L的稀鹽酸溶液和濃度為8mol/L的NaOH溶液，備用。按照Ba(FeQ.5Nb0.5)03的化學(xué)計(jì)量比2:1:1準(zhǔn)確稱量Ba(N03)2、Fe(N03)3.9H20、NbCl5。
[0042](2)快速稱取NbCl5,將其溶于提前配制的稀鹽酸中，用保鮮膜封口，并置于磁力攪拌器中攪拌12h使他(:15完全溶解在鹽酸溶液中，得到NbCl5的鹽酸溶液，Nb5+離子的濃度為0.07mol/Lo
[0043](3)將Ba(NO3)2加入去離子水中，攪拌直至溶解完全，得到Ba(NO3)2水溶液，Ba(NO3)2水溶液的濃度為0.07mol/L；
[0044]再在持續(xù)攪拌條件下向Ba(NO3)2水溶液中加入Fe(NO3)3.9H20，并滴加8滴質(zhì)量濃度為30%的雙氧水，攪拌1.5h后混合均勻得到混合溶液A。
[0045](4)在攪拌狀態(tài)下向混合溶液A中滴加NbCl 5的鹽酸溶液，NbCl 5的鹽酸溶液的滴加速率為1.5mL/min，充分?jǐn)嚢?.5h后混合均勻得到混合溶液B。
[0046](5)用濃度為8mol/L的NaOH溶液滴定混合溶液B，控制NaOH溶液滴定速率為2.5mL/min，直至混合溶液B的pH值達(dá)到14時(shí)，產(chǎn)生棕褐色沉淀，得到共沉淀前驅(qū)體。
[0047](6)將共沉淀前驅(qū)體倒入微波水熱反應(yīng)釜中，密封反應(yīng)，反應(yīng)溫度為210°C，反應(yīng)時(shí)間為1.2h，微波水熱反應(yīng)釜的功率為150w，填充比為45%;反應(yīng)完成后冷卻至室溫;取出反應(yīng)釜中的物料水洗10次，在90°C烘干、過300目篩即得納米Ba(FeQ.5NbQ.5)03粉體。
[0048]實(shí)施例3
[0049]本發(fā)明一種微波水熱法制備納米Ba(Fet).sNb0.5 )03粉體的方法，包括如下步驟，
[0050](I)提前配制濃度為3mol/L的稀鹽酸溶液和濃度為1mo VL的NaOH溶液，備用。按照Ba(FeQ.5Nb0.5)03的化學(xué)計(jì)量比2:1:1準(zhǔn)確稱量Ba(N03)2、Fe(N03)3.9H20、NbCl5。
[0051](2)快速稱取NbCl5,將其溶于提前配制的稀鹽酸中，用保鮮膜封口，并置于磁力攪拌器中攪拌15h使他(:15完全溶解在鹽酸溶液中，得到NbCl5的鹽酸溶液，Nb5+離子的濃度為
0.08mol/Lo
[0052](3)將Ba(NO3)2加入去離子水中，攪拌直至溶解完全，得到Ba(NO3)2水溶液，Ba(NO3)2水溶液的濃度為0.08mol/L；
[0053]再在持續(xù)攪拌條件下向Ba(NO3)2水溶液中加入Fe(NO3)3.9H20，并滴加10滴質(zhì)量濃度為30 %的雙氧水，攪拌2h后混合均勻得到混合溶液A。
[0054](4)在攪拌狀態(tài)下向混合溶液A中滴加NbCl 5的鹽酸溶液，NbCl 5的鹽酸溶液的滴加速率為1.5mL/min，充分?jǐn)嚢?h后混合均勻得到混合溶液B。
[0055](5)用濃度為1mo VL的NaOH溶液滴定混合溶液B，控制NaOH溶液滴定速率為3mL/min，直至混合溶液B的pH值達(dá)到13.5時(shí)，產(chǎn)生棕褐色沉淀，得到共沉淀前驅(qū)體。
[0056](6)將共沉淀前驅(qū)體倒入微波水熱反應(yīng)釜中，