四方相钛酸钡纳米粉体的制备研究

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BaTiO3因具有特殊的介电、压电和铁电性能,是制备多层陶瓷电容器(MLCC)、埋入式电容器、光记忆和电光器件等的主要材料。小于150 nm的高性能四方相BaTiO3纳米晶粉体是当前大容量超薄型MLCC器件的的关键原料,因此开发此类粉体的制备新方法和合成出满足微型化MLCC器件需求的BaTiO3纳米晶粉体具有重要意义。此外,具有特殊形貌的BaTiO3粉体可以满足特定场合的需求,使其应用得以扩展,这方面的合成是近年来粉体制备的研究热点。本文采用熔盐法和熔盐刻蚀法制备小尺寸四方相BaTiO3粉体以及线状和片状等特殊形貌的BaTiO3粉体。主要研究内容如下:1、研究了熔盐法制备小于150 nm的四方相BaTiO3粉体。结果表明:以Ba CO3和Ti O2为前驱体,Ba CO3、Ti O2与Na Cl摩尔比为1:1:20,在810℃温度下处理3 h,可合成出粒径为122.6±40.5 nm,粒径均匀,团聚少,c/a为1.0047,晶相为四方相的BaTiO3粉体;以草酸氧钛钡为前驱体,草酸氧钛钡与Na Cl摩尔比为1:20,810℃处理3 h可得粒径为65.78±23.54 nm的伪立方相BaTiO3粉体。介电性能研究结果表明:室温下,未掺杂的BaTiO3陶瓷的介电常数随着烧结温度的增加而增加,1280℃所制备的陶瓷介电常数为2492.82,介电损耗为0.009。掺入Nb、Co、Bi、Ho、Zn、B元素的BaTiO3陶瓷的烧结更致密,在1220℃烧结的掺杂陶瓷介电常数为2225.93,介电损耗为0.015,居里温度在120℃温度附近,具有较好的介电温度稳定性。所有掺杂陶瓷均满足X7R标准的MLCC介质材料,当烧结温度在1140~1180℃范围内,陶瓷满足X8R标准MLCC介质材料。2、研究了纳米级BaTiO3颗粒在熔盐环境中的形貌、元素、物相组成的变化。BaTiO3纳米颗粒在Na Cl熔盐环境中发生形貌转变,由纳米粒子转变为纳米线和微米片,纳米线的直径可达50~500 nm,长度为20~150μm。成分由单一的BaTiO3转变成Ba2Ti6O13、Na2Ti6O13和BaTiO3混合体。这一过程与温度有密切的关系,同时也受高温处理时间和熔盐含量的影响。推测纳米线的形成机理是溶解沉淀机理,微米片的形成是由于BaTiO3纳米颗粒在高温液相烧结的结果。3、研究了熔盐刻蚀法对BaTiO3粉体形貌和尺寸的影响。以不同制备方法获得的BaTiO3粉体作为熔盐刻蚀的前驱体,研究处理温度和时间对其过程的影响。溶胶凝胶法制备的BaTiO3粉体,其进行刻蚀后形貌、粒径、粒径分布和团聚情况变化很大。由原来微米级的团聚体转变为了60.9±18.8 nm的单分散四方相纳米颗粒。而固相法制备的BaTiO3粉体进行刻蚀后,粒径可以减少为原来的一半且团聚减弱。但草酸盐沉淀法和水热法制备的BaTiO3粉体,其进行刻蚀后变化不大。
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