纳米钛酸钡的研究
纳米钛酸钡化学纤维的制备与应用技术研究
纳米钛酸钡化学纤维的应用前景与展望
当前应用现状
纳米钛酸钡化学纤维在环保领域的应用
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纳米钛酸钡化学纤维在生物医学领域的应用
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纳米钛酸钡化学纤维在能源领域的应用
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纳米钛酸钡化学纤维在电子信息领域的应用
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纳米钛酸钡化学纤维在航空航天领域的应用
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纳米钛酸钡化学纤维在其他领域的应用
制备过程：溶解、纺丝、固化等
制备设备：反应釜、纺丝机等
工艺参数：温度、时间、浓度等
制备工艺：溶胶-凝胶法、溶液纺丝法等
原料准备：钛酸钡、化学纤维等
制备原理
制备过程中需要注意控制反应条件，如温度、时间、pH值等，以得到高质量的纳米钛酸钡化学纤维。
水热法是通过在高温高压条件下，使钛酸钡在溶液中发生化学反应，生成纳米钛酸钡化学纤维。
纳米钛酸钡化学纤维在锂离子电池中的应用，可以提高电池的容量和循环寿命
纳米钛酸钡化学纤维在超级电容器中的应用，可以提高电容器的性能
纳米钛酸钡化学纤维作为电极材料，具有高能量密度和长寿命
在其他领域的应用
航空航天领域：用于制造轻质、高强度的航空航天材料
环保领域：用于处理废水、废气和固体废物，提高环境质量
纳米钛酸钡化学纤维的制备与应用技术研究
汇报人：
目录
01
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02
纳米钛酸钡化学纤维的制备技术
03
纳米钛酸钡化学纤维的应用领域
04
纳米钛酸钡化学纤维的性能特点
05
纳米钛酸钡化学纤维的应用前景与展望
添加章节标题
纳米钛酸钡化学纤维的制备技术
制备方法
制备结果：纳米钛酸钡化学纤维的制备和应用技术研究
纳米钛酸钡的研究进展
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了解纳米钛酸钡。本文介绍ｒ纳钛酸钡的 瓷电容器，电光显示板，记忆材料，聚合物
主要性质和应用领域对纳米钛酸钡制备方 基复合材料以及涂层等阻ｎＩ。而纳米钛酸
钡作为催化材料是它的另一个重要应用。 刘海波等人Ｉｌ”研究了用凝胶一溶胶法制备 得到粒径约为５２．４ｎｍ的ＢａＴｉＯ，对甲基橙 的光催化降解率可达８ １．７％。王春风等人 １１４１考察了稀十掺杂的纳米钛酸钡在二氧化 碳重整甲烷制合成气反应中的催化活性， 结果表明掺杂稀士Ｌａ，Ｃｅ，Ｙｂ，Ｓｍ的镍基 钛酸钡催化剂在二氧化碳重整甲烷反应中 活性高于未掺杂稀土的镍基钛酸钡催化剂 的活性，当稀土掺杂量为０．２％时，催化剂 具有最高的反应活性。
高可靠惟、多功能手ｒｌ／ｂ犁化方向的高速发 人，纳米钛酸钡已，“泛地应用于制造陶瓷
媵，对制备满足性能要求的钛酸钡材料提 敏感元件，尤其是正温度系数热敏电阻
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有机酸辅助纳米钛酸钡粉体及其介电陶瓷的制备的开题报告
有机酸辅助纳米钛酸钡粉体及其介电陶瓷的制备的
开题报告
一、研究背景及意义
介电陶瓷在电子信息、航空航天、通讯、军工等领域具有重要的应用价值。
其中，纳米钛酸钡是一种性能优良、应用广泛的介电材料。
在制备纳米钛酸钡粉体和介电陶瓷的过程中，添加有机酸可提高材料的性能和稳定性，同时还能改善制备工艺。
因此，本研究拟通过添加有机酸辅助制备纳米钛酸钡粉体及介电陶瓷，为实现高性能介电材料的制备提供一种新思路和方法，为介电陶瓷的应用提供更好的支撑。
二、研究内容及方法
1. 纳米钛酸钡粉体的制备
采用化学共沉淀法制备纳米钛酸钡粉体，具体步骤包括：将钛酸四丁酯、钡硝酸和柠檬酸加入去离子水中，搅拌至完全溶解，加入氨水调整pH值，沉淀后洗涤、离心干燥、煅烧等步骤。
2. 添加有机酸的制备工艺优化
通过调整有机酸添加量、煅烧温度和时间等工艺条件，优化制备纳米钛酸钡粉体的工艺。
3. 介电陶瓷的制备与性能测试
将制备好的纳米钛酸钡粉体与聚合物制备成复合材料，制备介电陶瓷。
利用物理性能测试仪等手段对其介电性能进行测试。
三、预期结果及意义
通过添加有机酸辅助制备纳米钛酸钡粉体及介电陶瓷，我们预计可
以得到具有优异性能和稳定性的介电材料。
该材料可以应用于电子信息、航空航天、通讯、军工等领域，为提高我国产业制造水平做出贡献。
纳米钛酸钡的制备与表征在无机化学实验教学中的应用探索
大 学 化 学Univ. Chem. 2024, 39 (4), 62收稿：2023-10-31；录用：2024-01-03；网络发表：2024-02-23*通讯作者，Email:*****************.cn基金资助：陕西师范大学2023年校级综合教改项目(23JG06, 23JG11)•专题• doi: 10.3866/PKU.DXHX202310137 纳米钛酸钡的制备与表征在无机化学实验教学中的应用探索谢遵园*，杨丽锦，万子霄，刘潇雨，贺雨珊陕西师范大学化学化工学院，西安 710119摘要：针对传统钛酸钡制备实验溶胶凝胶法反应时间过长、反应不易控制、产物杂相多且产品粒径不均匀等问题，通过更换实验溶剂，引入表面活性剂，结合低温热处理，缩减了反应时间，获得了纯度较高且平均粒径小于20 nm 的超细钛酸钡纳米颗粒。
本改进实验适用于本科一年级的无机化学实验教学。
关键词：纳米材料；钛酸钡；溶胶凝胶法；实验教学中图分类号：G64；O6Exploration of the Preparation and Characterization of Nano Barium Titanate and Its Application in Inorganic Chemistry Laboratory TeachingZunyuan Xie *, Lijin Yang, Zixiao Wan, Xiaoyu Liu, Yushan HeSchool of Chemistry and Chemical Engineering, Shaanxi Normal University, Xi’an 710119, China.Abstract: To address the issues of long reaction time, difficult reaction control, multiple impurities, and uneven particle size in the traditional barium titanate preparation experiment using the sol-gel method, an improved experiment was conducted. By replacing the experimental solvent, introducing surfactants, and incorporating low-temperature heat treatment, the reaction time was significantly reduced, resulting in the production of highly pure and ultrafine barium titanate nanoparticles with an average particle size of less than 20 nm. This improved experiment is suitable for undergraduate-level inorganic chemistry laboratory teaching in the first year.Key Words: Nanomaterials; Barium titanate; Sol-gel method; Laboratory teaching1 引言化学实验教学是化学专业人才培养的核心环节，在加深学生对化学理论理解的同时，培养学生扎实娴熟的实验技能与方法，并进一步训练和提升科学思维、探究能力、研究素养和创新精神[1–3]。
[VIP专享]电子陶瓷材料纳米钛酸钡制备工艺的研究进展
![[VIP专享]电子陶瓷材料纳米钛酸钡制备工艺的研究进展](https://img.taocdn.com/s3/m/844c5dfb0b1c59eef8c7b4ff.png)
电子陶瓷材料纳米钛酸钡制备工艺的研究进展2009-10-10 19:48:24| 分类：能源 | 标签：|字号大中小订阅来源:中国化工信息网2009年5月22日1 前言钛酸钡是电子陶瓷材料的基础原料，被称为电子陶瓷业的支柱。
它具有高介电常数、低介电损耗、优良的铁电、压电、耐压和绝缘性能，被广泛的应用于制造陶瓷敏感元件，尤其是正温度系数热敏电阻(PTC)、多层陶瓷电容器(MLCCS)、热电元件、压电陶瓷、声纳、红外辐射探测元件、晶体陶瓷电容器、电光显示板、记忆材料、聚合物基复合材料以及涂层等。
钛酸钡具有钙钛矿晶体结构，用于制造电子陶瓷材料的粉体粒径一般要求在100nm以内。
因此BaTiO3粉体粒度、形貌的研究一直是国内外关注的焦点。
钛酸钡粉体制备方法有很多，如固相法、化学沉淀法、溶胶—凝胶法、水热法、超声波合成法等。
最近几年制备技术得到了快速发展，本文综述了国内外具有代表性的钛酸钡粉体的合成方法，并在此基础上提出了研究展望。
2 钛酸钡粉体的制备工艺2.1 固相合成法固相法是钛酸钡粉体的传统制备方法，典型的工艺是将等量碳酸钡和二氧化钛混合，在1 500℃温度下反应24h，反应式为：BaCO3+TiO2→BaTiO3+CO2↑。
该法工艺简单，设备可靠。
但由于是在高温下完成固相间的扩散传质，故所得BaTiO3粉体粒径比较大(微米)，必须再次进行球磨。
高温煅烧能耗较大，化学成分不均匀，影响烧结陶瓷的性能，团聚现象严重，较难得到纯BaTiO3晶相，粉体纯度低，原料成本较高。
一般只用于制作技术性能要求较低的产品。
2.2化学沉淀法2.2.1 直接沉淀法在金属盐溶液中加入适当的沉淀剂，控制适当的条件使沉淀剂与金属离子反应生成陶瓷粉体沉淀物团。
如将Ba(OC3H7)2和Ti(OC5H11)4溶于异丙醇中，加水分解产物可得沉淀的BaTiO3粉体。
该法工艺简单，在常压下进行，不需高温，反应条件温和，易控制，原料成本低，但容易引入BaCO3、TiO2等杂质，且粒度分布宽，需进行后处理。
纳米钛酸钡标准
纳米钛酸钡标准全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：纳米钛酸钡是一种具有高比表面积和较小颗粒尺寸的钛酸钡材料。
由于其独特的性质和广泛的应用领域，纳米钛酸钡已成为材料科学领域中备受关注的研究课题。
纳米钛酸钡的研究始于20世纪90年代初，当时科学家们发现将普通的钙钛矿结构的钛酸钡材料通过一定的合成方法制备成纳米级颗粒后，其性质发生了明显的变化。
纳米钛酸钡具有更高的比表面积和更好的催化性能，因此在催化、传感、能源存储等领域有着广泛的应用前景。
催化是纳米钛酸钡的一个重要应用领域。
纳米钛酸钡可以作为催化剂参与有机合成反应、空气净化和废水处理等过程。
由于其高比表面积和良好的表面活性，纳米钛酸钡具有较高的催化活性和选择性，对某些有机物质的降解和氧化具有较好的效果。
除了催化应用，纳米钛酸钡还在传感领域有着重要的应用价值。
通过改变其表面性质，可以使纳米钛酸钡对某些特定分子具有高灵敏度的检测能力。
纳米钛酸钡可以作为传感器用于检测环境中的有害气体、重金属离子等，并具有迅速、高灵敏和低成本等优势。
纳米钛酸钡还在能源存储领域展示出了潜在的应用前景。
由于其高比表面积和优良的电化学性能，纳米钛酸钡作为锂离子电池的电极材料具有很好的循环性能和充放电特性。
这为纳米钛酸钡在电池材料领域的应用提供了新的可能性。
尽管纳米钛酸钡在各个领域都有广泛的应用前景，但其实际应用中仍存在一些挑战和难题。
纳米钛酸钡的制备方法对其性质和性能有着极大影响，目前尚缺乏一种简单、高效的大规模合成方法。
纳米钛酸钡的稳定性和生物相容性等问题也需要进一步研究和解决。
为了推动纳米钛酸钡材料的应用和发展，建立一套标准化的纳米钛酸钡制备方法和性能评价体系至关重要。
标准化可以确保纳米钛酸钡的质量和性能符合一定的规范，促进其在工业生产和实际应用中的推广和应用。
最近几年，一些研究机构和标准化组织已开始着手制定关于纳米钛酸钡的标准，以规范纳米钛酸钡的制备过程、性能测试和应用评价等方面。
纳米钛酸钡的合成及其光催化性能研究
纳米钛酸钡的合成及其光催化性能研究纳米材料在科技领域中的应用越来越广泛，特别是在光催化降解有害物质的领域中，纳米材料的应用也越来越受到关注。
其中，纳米钛酸钡是一种非常有前途的材料，因为其独特的结构和光催化性能，能够有效地降解各种污染物，同时还具有良好的耐久性和稳定性。
纳米钛酸钡的合成方法有很多种，目前常用的方法有溶胶-凝胶法、水热法、共沉淀法等。
其中，溶胶-凝胶法是一种比较简单易行的方法，具有高度的控制性和可重复性，因此被广泛应用于纳米材料的制备领域。
在溶胶-凝胶法中，通过控制反应条件，如pH值、温度、反应时间等参数，可以调控纳米钛酸钡的形貌和尺寸。
除了合成方法的控制，纳米钛酸钡的光催化性能也受到多种因素的影响，如材料的晶体结构、表面性质和光催化反应机理等。
其中，纳米晶体的特殊性质和活性位点对光催化性能的影响最为显著。
事实上，纳米钛酸钡的晶体结构比传统的大颗粒材料更加复杂，产生了更多的物理和化学表面活性位点。
此外，光催化活性位点与晶体表面反应物的亲和力也是影响纳米钛酸钡催化效率的重要因素。
当纳米钛酸钡表面的活性位点与反应物有较高的亲和力时，这些反应物便容易被吸附在活性位点上，形成吸附状态，然后通过光催化反应进行降解。
此外，此类活性位点还允许反应物在表面上发生更深层次的催化反应，进一步加快了反应速度。
在纳米钛酸钡的光催化应用领域中，实践表明其具有较好的成果。
纳米钛酸钡中的钛元素可有效地与光催化反应中的自由基相互作用，加速电子传输，从而提高光催化反应速率和效率。
另外，在纳米钛酸钡中钡元素的存在促进了链传递的过程，使得催化剂反应能够持续一定时间而不失活。
总而言之，纳米钛酸钡作为一种新型的光催化材料在环境治理中有着广阔的应用前景。
合适的制备方法和有效的控制手段可以带来优秀的催化性能，使之更加有力地发挥环境治理的作用。
未来，我们还可以进一步完善纳米材料的制备技术和光催化性能控制理论，以提高其在工业、环境和医学等领域的应用。
纳米晶钛酸钡陶瓷的制备、微结构及性能的研究
论文题目：纳米晶钛酸钡陶瓷的制备、微结构及性能的研究作者简介：邓湘云，女，1964年11月出生，2003年9月师从于清华大学李龙土教授，于2007年1月获博士学位。
中文摘要自从1943年钛酸钡作为最具有代表性的钙钛矿结构的铁电材料被发现以来，一直是电子陶瓷元器件的基础材料。
当高于居里温度120o C时，钛酸钡晶体结构为立方顺电相; 低于居里温度时钛酸钡有三个结构相变点; 在大约10o C到130o C之间为四方相结构; 低于10o C为正交相结构, 当温度进一步下降到大约-80o C表现为三方相结构。
近几年来随着电子及微电子工业的飞速发展，多层陶瓷电容器的微型化和大容量化要求降低陶瓷介质层的厚度，这就要求介质层中的陶瓷晶粒降到亚微米级甚至纳米级, 因此制备小粒径的钛酸钡陶瓷引起了人们广泛的兴趣。
然而高致密的陶瓷都要通过高温烧结才能致密化，而致密化过程和晶粒生长过程常常同时产生，特别在烧结后期晶粒生长非常迅速，其结果是材料实现致密化后晶粒也长大了。
因此目前最大的研究障碍就是制备出致密的纳米晶陶瓷，并在此基础上研究晶粒尺寸对钛酸钡陶瓷的微结构和性能的影响,即纳米尺寸效应。
钛酸钡陶瓷尺寸效应研究始于1950年；研究的核心内容主要围绕晶粒尺寸对于介电性能，相变和显微结构的影响。
研究表明随着晶粒尺寸的减小，居里温度向低温移动; 晶粒尺寸从10µm减至1µm时，室温介电常数增大，当钛酸钡陶瓷的平均晶粒尺寸接近1µm 时，介电常数特别大; 当陶瓷的晶粒尺寸小于500nm之后，相对介电常数迅速下降。
Zhao Zhe等研究表明50nm钛酸钡陶瓷1kHz时室温介电常数为1100，四方相→立方相的温度为117o C; Buscaglia等采用拉曼光谱在80-700K温度区间内对50nm钛酸钡陶瓷的相结构研究，证实了在50nm钛酸钡陶瓷中依然存在和大晶粒钛酸钡陶瓷相同的相变行为，即随着温度的降低，经历由立方→四方→正交→三方的相转变，并且存在多相共存的特点; 并且证实30nm钛酸钡陶瓷100Hz时70o C介电常数为1650，四方相→立方相的温度为106o C; 他们还研究了30nm钛酸钡陶瓷中铁电畴的分布，并观察到一畴多粒现象。
溶胶-凝胶法制备纳米钛酸钡的工艺研究
钛酸 钡 （ａ ｉ 用途广 泛， ＢＴ Ｏ ） 几乎 所有 的超 声波仪器 中， 都要 用到它， 除此之 外， 酸钡还 有许 多其它 用途 。例 如 ： 路＿ 把它放 在铁 轨下 面， 测量火 钛 铁 Ｔ人 来 车通过 时候 的压力 ： 生用它 制成脉搏 记录 器 。用钛酸 钡做 的水底探 测器 ， 医 是 锐利 的水下眼 睛， 它不 只能够 看到鱼群 ， 且还 可 以看 到水底 下的 暗礁、冰 山 而 和敌人 的潜 水艇等 。 因此， 酸钡是 非常 重要 的电 子陶瓷 材料 。 目前， 钛 纳 米 Ｂａ ０， 体的 主要 合成 方 法有 固相 烧 结法 、醇 盐水 解 法 、水热 法 、溶 Ｔｉ 粉 胶 凝胶 法 、微乳 液法 、共 沉淀 法 等 － ３９。固相烧 结 法 一般 是利 用 Ｂ ｃ 和 ａ ０ 等物质 的量 的Ｔ Ｏ混合后 ， ｉ． 高温灼 烧而成 ， 目前 国内大 多数生产 厂家仍 用此法 生产， 合成 的 Ｂ ＴＯ 粉体 的质量 已经不 能满足 高技术 发展 的需要 ａ ｉ “。本课题 Ｊ 利用硫 酸 钛 、重 晶石 、硝 酸 、氨 水等 无 机试 剂为 基本 原 料 ， 采用 溶胶 一凝 胶 法合成 纳米 Ｂ Ｔ ０ 粉体 ， ａ ｉ 探索 制备 Ｂ Ｔ Ｏ 纳米粉 体 的工艺 条件 。 验原 料及试 剂 １ 重晶石粉 ： 工业 品， ３ ５目筛 ； 过 ２ 硫 酸钛 ： 学纯 ， 化 国药集 团化学 试剂有 限公 司
硝酸 ： 分析纯， 武汉市 亚泰化 工试剂 有限 公司 ： 氨水 ： 分析纯 ， 武汉 『 亚泰化 工试 剂有 限公司 ： 所 用水 为 去 离 子 水 。 １２ 仪器 设备 １ 电热恒温 水浴锅 ，Ｚ ＷＤ ２ ， 京市 永光 明医疗仪器 厂 ： ） Ｄ Ｋ ～ 型 北 ２ 电子恒速搅 拌器 ，Ｓ ２Ｂ型， ） Ｇ Ｉ 上海安 亭 电子仪器 厂 ； ３ 真 空干燥箱 ，ｆ ８Ａ型， ） Ｚ一２ 上海 实验 仪器总 厂 ； ４ Ｓ ＺＤ Ｉ） ） Ｈ （ Ｉ循环 水式真 空泵 ， 义市英 峪予 华仪器 厂 ： Ｉ 巩 ５Ｓ 一． —０ 式 电阻炉， ） Ｘ２ ５ １ 箱 湖北 英 【国营无 电元件 厂 ： “ ６ Ａ ２ ４电子天平， ）Ｌ ０ 梅特勒 一托利 多仪 器 （ 海） 上 有限 公司 。 １３ 实验制 备过程 与工 艺流程简 图 ． 重 晶石 的主要 成分是 硫 酸钡， 过硫 酸钡高温 还 原制 备硝酸 钡 。然 后将 通 制得 的硝酸 钡配制成 Ｂ （Ｏ）溶 液 。将 Ｎ ４Ｈ加入 到 Ｔ （Ｏ） ａ Ｎ Ｉ０ Ａ ｉ ｓ 中使 生成 Ｔ ０ ｉ （Ｈ ， ， ０ ）沉淀 然后用 Ｈ Ｏ溶解沉 淀， Ｎ 并与 Ｂ （Ｏ）溶液 混合 ， ａＮ 在所 得混合 盐溶 液 中加入 Ｎ Ｈ得 ￣ Ｔｏ（Ｈ 和 Ｂ ，（Ｈ ＨＯ ， ｑ ｉ Ｏ ） ａ０ Ｏ）的共沉 淀， 将沉 淀过滤 分离 出来后再 分散到 去离子 水中， 用氨 水调节ｐ 值到 合适 的范 围， Ｈ 借助机 械搅拌 形成稳 定的 水溶胶 。水溶胶 经 过水浴 蒸 发脱 水得 到含 水量 ９ ％的新鲜 凝胶 。将新 鲜凝 ０ 胶在 ５ ℃下 陈化， 到 Ｔ Ｏ ａ Ｏ 得 ｉ Ｂ Ｏ干凝 胶 。以后再 经过烧 结， 摄终 即可得 到合 格的 Ｂ Ｔ ０ 粉末 。整个 实验制 备 过程 的工 艺流程 简 图如下 ： ａ ｉ
纳米BaTiO_3粉体制备方法的研究进展_毕威卿(1)
0前言BaTiO3是一种制造PTC、电子滤波器等电子元件的强介电材料，具有十分广阔的应用前景。
随着电子产业的不断发展，对纳米BaTiO3粉体的制备要求越来越高。
我国钛酸钡粉体的制备工艺在许多方面不及处于世界领先水平的美国与日本［2］，但我国学者已经取得一定进展。
本文综述了主要制备方法。
1固相法固相法是最为传统的制备方法[3]，于1964年试验成功。
烧结法是组成钛酸钡的各种金属元素的氧化物或他们的酸性盐混合、磨细，下一步在1100℃经固相反应得到所需粉体。
固相烧结法具有工艺简单、设备可靠、方法成熟等优点。
但是所得粉体无法到达高纯、均匀、粒径分布小、不易团聚等要求。
2液相法2.1水热法水热法是在压力容器中，将含Ba和Ti的前驱体水浆体进行反应制得钛酸钡粉体的方法。
由于早期使用的钛化合物活性差，需要在380-500℃，30-50MPa的压力下进行反应，高压高温为制备技术的应用带来了障碍。
冯秀丽等［5］以廉价的氢氧化钡和偏钛酸为原料，按比例加入蒸馏水，在集热式恒温加热磁力搅拌仪加热搅拌。
一段时间后将产物酸洗、水洗、醇洗，在烘箱中烘干，最后在研钵研磨得钛酸钡粉体。
反应机理为：H2TiO3，+Ba(OH)2==BaTiO3+2H2O。
通过对原料钡钛比、反应时间、反应温度等条件进行研究，得出常压水热法钛酸钡粉体的最佳制备条件为反应原料的钡钛比为1.4，反应温度是100℃，反应时间为6h，溶液pH为12。
所制备出的钛酸钡粉体为立方相，粉体一次平均粒径为40.9nm。
R·Roy提出了微波与水热结合技术，并成功利用此法合成了多种氧化物陶瓷和粉体材料［6-9］。
此法能在极短的时间内使温度上升至结晶温度，沉淀凝胶快速溶解然后均匀成核，缩短了结晶时间，节约了能量。
付乌有等[10]采用微波-水热法制备了纳米钛酸钡粉体，并用TEM 等手段对晶体结构和形貌进行了研究，得出结论：利用微波-水热法可以在60-160℃的条件下制得粒径20-30nm的纳米钛酸钡晶体，并且在一定范围内纳米晶体的介电常数具有比较好的稳定性。
纳米钛酸钡粉体及钛酸钡薄膜制备的研究现状分析
纳米钛酸钡粉体及钛酸钡薄膜制备的研究现状分析作者：刘静亚吴文慧来源：《现代养生·下半月》2016年第04期[摘要]纯钛因其多种优势，如耐腐蚀性强、生物相容性好、机械性能优异、价格低廉等，广泛应用于口腔临床领域，然而纯钛烤瓷修复体中钛瓷结合强度较差，常导致崩瓷的现象发生，从而限制了它的临床应用。
有研究表明在钛瓷间加入钛酸钡中间涂层，阻碍粘接力较差的氧化膜的形成，可增强钛瓷间的结合强度。
该文以在钛瓷间加入钛酸钡薄膜以增强钛瓷结合强度为重点，检索包括钛酸钡粉体的制备及钛酸钡薄膜的制备等方面国内外的相关文献，综述其研究现状。
[关键词]钛酸钡粉体；钛瓷结合强度；钛酸钡薄膜从1990年起，纯钛合金就开始作为齿科材料，广范应用于口腔临床领域。
同时因具有耐腐蚀性强、生物相容性好、机械性能优异、价格低廉等优点，更加受到广大学者的关注。
然而与传统的镍铬合金及贵金属合金烤瓷修复体相比，纯钛烤瓷修复体中钛瓷结合强度较差，常导致崩瓷的现象发生，从而限制了其临床应用。
其中影响钛瓷结合的主要原因是在高温烤瓷时，钛表面会形成疏松多孔，附着较差的氧化膜，影响了钛瓷结合。
为了解决这一问题，一些学者在钛瓷间加入中间涂层，有效隔绝钛与氧的接触，控制钛表面氧化膜的生成，从而提高了钛瓷的结合强度。
近年来，一些学者用过溶胶一凝胶法在纯钛表面制备钛酸钡薄膜，致力于增强钛瓷结合强度。
本人采用电泳沉积法在纯钛表面制备钛酸钡薄膜以增强钛瓷结合强度，需要纳米钛酸钡粉体作为原料。
现就纳米钛酸钡粉体及钛酸钡薄膜制备的研究现状进行综述。
1 钛酸钡粉体的合成方法1.1 高温固相煅烧法高温固相煅烧法是把碳酸钡和二氧化钛作为原料，使其在1200℃～1250℃的高温下煅烧，冷却后将其粉碎，最终得到钛酸钡粉体产品。
此种方法的优点：制作工艺成熟，操作相对简单；实验过程中所需设备可靠，易获得；原材料价格较便宜，节约成本。
但同时也存在很多缺点：组分的不均匀性；耗能费时，成本较高；粒径分布范围很宽；所得粉体纯度较低；多次球磨可能会引入其他无关杂质。
溶胶一凝胶法制备纳米钛酸钡
实验方案设计方案溶胶一凝胶法制备纳米钛酸钡学院：化学与化工程学院年级： 2011级专业：材料化学姓名：何珊溶胶一凝胶法制备纳米钛酸钡摘要以溶胶一凝胶法制备纳米钛酸钡粉体，利用价廉的重晶石为主要原料制备钡源，有效地克服了传统方法因采用有机钡盐或有机钛而导致的生产成本过高的缺点：研究结果表明，该方法可制备出高纯钛酸钡粉体，制备过程中三废排放物中基本不含有害物质，并可从母液中回收质量较高的副产品硝酸铵，具有产品质量高，原料来源广泛、价格低廉、工艺环保、节能等特点.关键词：溶胶一凝胶法；纳米钛酸钡；重晶石1 引言钛酸钡(BaTiO。
)有优良的铁电、压电、耐压和绝缘性能，是电子陶瓷元器件的基础母体原料¨ ]．纳米钛酸钡的合成方法主要有固相烧结法、醇盐水解法、水热法、溶胶凝胶法、微乳液法、共沉淀法等_3 ]．其中固相烧结法是利用BaCO~和等物质的量的TiO。
混合后，经高温灼烧而成，合成的BaTiOa粉体均匀性差、颗粒粒径粗、杂质含量较高口，目前国内大多数生产厂家仍用此法生产，质量已经不能满足高技术发展的需要．共沉淀法和水热合成法对原料和设备要求较高，操作过程比较复杂；溶胶一凝胶法由于反应温度低、操作简单、反应过程容易控制、粒度分布均匀细小等一系列优点而备受人们关注[1 H]．本研究利用硫酸钛、重晶石、硝酸、氨水为基本原料，采用溶胶一凝胶法合成纳米BaTi03粉体，探索出实验室溶胶凝胶法制备BaTiO3纳米粉体的无机生产工艺．2 实验目的2.1 利用Ti(SO ) 、重晶石、硝酸、氨水为原料采用溶胶一凝胶法合成BaTiO。
粉体，原料来源广泛、价格低廉，过程操作简单，经950℃高温灼烧3 h得到BaTiO3粉体．2．2 通过XRD分析、TEM 形貌分析等分析手段，学会对制得的粉体进行各种性能粉体为单纯的立方相，粒径均匀，大小在40 的表征和测试，使实验制备的BaTiO3nm 左右，无严重的团聚现象，满足纳米粉体的要求．3 实验原理溶胶-凝胶法的基本原理是：易水解的金属化合物(无机盐或金属醇盐)在某种溶剂中与水发生反应，经过水解与缩聚过程而逐渐凝胶化；再经过干燥等后处理工序除去含有化学吸附性的羟基、烷基及物理吸附性的有机溶剂和水，就可制得所需的陶瓷粉体。
低温溶液法合成纳米钛酸钡
低温溶液法合成纳米钛酸钡摘要：本次实验通过用活性较高的钛酸丁酯作为钛源，加入蒸馏水并恒温一小时，再加入氢氧化钡溶液，然后在密闭空间内以原恒定温度恒温加热二十四小时，过滤沉淀物，用蒸馏水冲洗多次，最后干燥得到钛酸钡纳米粉体。
现在低温328K下24小时也可以得到晶型较好的纳米粉体，发现在而晶体的形态和纳米结构尺寸取决于加热温度及钡/钛反应摩尔比。
此外，在较低的加热温度作用下生成了拥有较大尺寸的二次粒子。
据此推断，钛酸钡成核过程取决于加热温度和反应浓度。
关键词：钛酸丁酯，恒温，氢氧化钡,水浴Low temperature solution method synthesizing nanometerbarium titanateAbstract:This experiment by using active higher butyl acetate titanate as titanium source, join distilled water and constant temperature, then add an hour, and then among solution in confined Spaces to the constant temperature constant temperature and heating twenty-four hours, with distilled water filtration sediment, rinse times and finally dry get barium titanate nano powder. Now under low temperature 328K 24 hours can also get crystal shape good nano powder, found in and crystal morphology and nano structure size depends on heating temperature and barium/titanium reaction molar ratio. In addition, in lower heating temperature effect have bigger size grows became the second particle. Infer-if, barium titanate nucleation process depends on heating temperature and reaction concentration.Key words: butyl titanate, temperature, barium hydroxide, water bath目录1绪论 (1)1.1引言 (1)1.2钛酸钡的物理性质与结构 (1)1.2.1钛酸钡的物理性质 (1)1.2.2钛酸钡的微观结构 (2)1.3钛酸钡陶瓷的生产工艺 (4)1.3.1干压成型 (4)1.3.2加压方式 (4)1.3.3排胶 (4)1.3.4烧成 (5)1.3.5陶瓷表面的金属化 (5)1.4各种制备方法的简略分析比较 (6)1.4.1高温固相锻烧法 (6)1.4.2化学沉淀法 (6)1.4.3溶胶-凝胶法 (7)1.4.4钛醇盐法 (8)1.4.5水热合成法 (8)1.5研究背景及意义 (8)2实验制备钛酸钡 (10)2.1实验原理 (10)2.2实验药品及仪器 (11)2.3实验步骤 (11)2.4实验工艺流程图 (12)2.5钛酸钡陶瓷粉体的的表征 (13)2.5.1化学成分的表征 (13)2.5.2晶态表征 (13)2.5.3颗粒粒度的测定与表征 (14)3实验测试及分析 (15)3.1钛酸钡的XRD衍射分析 (15)3.1.1同等温度下不同钡离子浓度的影响 (15)3.1.2综合分析 (19)3.2钛酸钡的粒径分析 (20)3.3钛酸钡的电镜图像及分析 (22)3.3.1 钛酸钡的扫描电镜图像及分析 (22)3.3.2钛酸钡的透射电镜图像及分析 (24)3.4钛酸钡的热重分析 (26)4结论 (28)参考文献： (29)致谢 ................................................. 错误!未定义书签。
溶剂热合成纳米钛酸钡及其表征
第16卷 第4期2008年8月材 料 科 学 与 工 艺MATER I A LS SC I ENCE &TECHNOLOGYVol 116No 14Aug .,2008溶剂热合成纳米钛酸钡及其表征侯 博1,2,李志杰1,2,徐 耀1,吴 东1,孙予罕1(1.中科院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室,山西太原030001;2.中国科学院研究生院北京100039)摘 要:为满足钛酸钡纳米陶瓷的需求,本文用Ti Cl 4和Ba (OH )2作前驱体,乙醇和乙二醇甲醚作混合溶剂,溶剂热合成了钛酸钡纳米粉体,并使用TE M 、XRD 和Ra man 光谱对产物进行了表征.结果表明,在本文条件下可以得到粒径为10～80n m 纳米粉体,通过控制反应条件可以达到控制颗粒尺寸的目的,反应时间和反应温度对颗粒尺寸有显著的影响.关键词:钛酸钡;溶剂热;纳米粉体中图分类号:T Q123文献标识码:A 文章编号:1005-0299(2008)04-0539-04Syn thesis and character i za ti on of BaT i O 3nanopowdersv i a solvother ma l m ethodHOU Bo1,2,L I Zhi 2J ie1,2,XU Yao 1,WU Dong 1,S UN Yu 2Han1(1.State Key Laborat ory of Coal Conversi on,I nstitute of Coal Che m istry,Chinese Acade my of Sciences,Taiyuan 030001,China,E 2mail:sxtyhoubo@yahoo ;2.Gaduate School of Chinese Acade my of Sciences,Beijing 100039,China )Abstract:BaTi O 3nanopowders were synthesized via s olvother mal method using Ti Cl 4and Ba (OH )2as p recur 2s ors .The as -synthesized BaTi O 3powders were characterized by TE M ,XRD and Ra man s pectrum.The ex 2peri m ental results indicate that BaTi O 3nanopowder with average particle size of 10-80nm can be synthesized under contr olled reacti on conditi ons .Reacti on ti m e and te mperature p lay an i m portant r ole on the m icr ostruc 2ture and particle size of BaTi O 3synthesized via s olvother mal method .Ra man s pectrum analysis shows that al 2though the BaTi O 3synthesized at 200℃f or 48h appears t o be a cubic phase fr om the XRD result,the powder exhibits a tetragonal phase,at least,in l ocal range .Key words:BaTi O 3;s olvother mal;nanopowder收稿日期:2005-02-24.基金项目:国家自然科学基金重点资助项目,(20133040)作者简介:侯 博(1972-),男,博士研究生;吴 东(1954-),研究员,博士生导师;孙予罕(1962-),研究员,博士生导师. 钛酸钡陶瓷材料由于具有较高的介电常数、良好的铁电、压电、耐压及绝缘性能,在电子学、热学、声学、光学等领域得到了广泛的应用.其常规的合成方法是氧化物或中间体固态混合烧结合成[1],存在产品颗粒大,纯度低,粒子形貌差异较大等缺陷,无法适应目前电子元件小型化的要求.为了解决这些问题,湿法化学合成形貌均一的超细陶瓷粉体已经引起了广泛的重视[2-3].研究比较多的湿法化学合成主要有水(溶剂)热法[4-6]、Sol -Gel 法[7]、共沉淀法[8]、溶胶-沉淀法[9]、低温直接沉淀法[10]等.其中,水(溶剂)热法具有工艺简单,价格低廉,不用烧结直接制备分散均匀结晶度高的超细钛酸钡粉体的优点,一直是研究的热点[4].从广义的角度来讲,水热法包括在溶剂热合成方法中.使用非水溶剂作介质合成钛酸钡也有所报道[11-12].Bocquet 等[11]在高压条件下用BaTi (O -i C 3H 7)6作前驱体,异丙醇作溶剂合成了粒径为12nm 的钛酸钡.Pincel oup 等[12]研究认为在水热合成中增加介质中异丙醇的含量可以增加成核速率,进而可以降低所合成钛酸钡粒子尺寸.Kin B -K 等[13]用Ti (O -i C 3H 7)4作钛前驱体、丁二醇作溶剂两步法合成了钛酸钡纳米颗粒.在这些合成方法中使用了较昂贵的烷基钛化合物,对非水溶剂热合成钛酸钡合成机理的研究报道较少,非水溶剂在反应过程中的作用还不是很清楚.本文中使用廉价的Ti Cl4和Ba(OH)2作前驱体,乙醇和乙二醇甲醚作混合溶剂,溶剂热合成了粒径范围在10-80nm的尺寸可调控钛酸钡纳米粉体,利用XRD,TE M及Ra man光谱对产物进行了表征,讨论了反应时间和反应温度对合成钛酸钡颗粒尺寸的影响,并对反应机理进行了探讨.1 实 验以分析纯无水乙醇(北京化工厂,≥9917%)、乙二醇甲醚(国药集团化学试剂有限公司)、四氯化钛(上海美兴化工有限公司, 9810%)、氢氧化钡(北京市红星化工厂,≥9810%)和氢氧化钠(天津市天大化工实验厂,≥9610%)为原料.在搅拌的同时,1mL Ti Cl4缓慢滴加到40m l乙醇中,得到略带黄色的溶液A; 3144g Ba(OH)2溶解于40mL乙二醇独甲醚制备溶液B,Ba/Ti比为112.将溶液A缓慢加入到溶液B中,得到白色的悬浮液.在得到的悬浮液中加入5g Na OH,继续搅拌10分钟,混合均匀后移入内衬聚四氟乙烯的高压反应釜中,密封,在不同温度下反应不同的时间.反应结束后,抽滤,用蒸馏水洗三遍.得到的粉体在110℃干燥12h.微粉结晶结构的分析采用D/max-2500型X射线衍射仪(XRD),测试条件:Cu/Ka射线,电压40K V,电流20mA,扫描范围20°<2θ<60°,步长0105°;慢扫描范围44°<2θ<46°,步长0101°.颗粒大小及型貌用H itachi-600-2型透射电镜观察,测试电压75k V.粉体的Ra man光谱用英国Renisha w公司的R M2000型显微共焦拉曼光谱仪进行测试,氩离子射线,波长514n m,功率417mW(100%),测试范围100～1200c m-1.2 结果与讨论图1为不同条件下制备钛酸钡粉体的XRD 图谱.可见在本实验条件下所合成产物的物相主要为钙钛矿型钛酸钡,与标准谱图相比,由于颗粒的细化导致谱线发生较为明显的宽化.另外,还可以看到存在一些属于斜方晶系碳酸钡杂质衍射峰[14],产生的杂质主要为:在实验过程中反应介质吸收的CO2与氢氧化钡反应所生成的碳酸钡,这些杂质可以用稀释的甲酸溶液除去.图1 不同条件下制备的钛酸钡纳米粉体的XRD谱a: 140oC48h b:200oC48h c:140oC168h 图2为样品在43°～47°以0101°的步长对(200)峰进行慢扫描分析的XRD图.所得BaTi O3 (200)衍射峰基本为一对称峰,没有分裂,可知所有产物均为立方相钛酸钡[10].从图中可以看到,反应温度对样品的影响较大,当反应温度为200℃时,所合成BaTi O3(200)峰向大衍射角方向发生偏移,衍射角的增大意味着晶格常数的减小和晶胞的收缩[15].在高反应温度条件下,导致所合成粉体晶格常数的减小,高温使衍射峰强度增大并有尖锐化的趋势,表明较高的温度使产物结晶程度增加;反应时间对峰位置及晶格常数几乎没有影响.钛酸钡粉体的晶体尺寸可以从BaTi O3 (200)衍射峰的XRD数据化指标根据Scherrer公式计算[16]:d XRD=Kλβco sθ图2 44°-46°慢扫描XRD谱a:140℃48h b:200℃48h c:140℃168h・45・材 料 科 学 与 工 艺 第16卷 这里K 约为0194,λ为入射波长,等于115406n m ,β为(200)衍射峰的半高宽,θ为其所对应的衍射角.由以上公式计算所得的晶粒尺寸见图2.可以看到,所合成的粉体晶粒尺寸与反应温度有关,当反应温度从140℃增加到200℃时,晶粒尺寸增加;而反应时间的延长对晶粒尺寸几乎没有影响.图3为不同样品的Ra man 光谱.Ra man 光谱在检测未反应Ti 前驱体和碳酸钡杂质时要比XRD 灵敏,尤其是对于采用无定型Ti O 2、Ti (OH )4凝胶等作前驱体时,通过检测Ti 前驱体的存在来表征反应进行的程度[6].从图3中可见没有出现Ti 前驱体的特征峰,可认为在本文的反应条件下,Ti 前驱体完全反应.720,515,305,260和185cm -1位置的峰分别为E (4LO )+A 1(3LO ),E (4T O )+A 1(3T O ),E (3T O )+E (2LO )+B 1,A 1(2T O )和(E2T O )+E (1LO )+A1(1T O )+A1(1LO )拉曼活性光学声子重叠峰[17],是钛酸钡的主要特征峰,在反应温度较低时产物的一些特征峰较弱说明其结晶程度较低.其中,305c m -1位置的峰被普遍认为是表征钛酸钡粉体中存在四方相的特征峰[6,18].从图中可以看到反应温度为200℃时,粉体的拉曼光谱在305c m -1附近具有较明显的特征峰,这样的产物至少在短程范围内表现出四方相结构[6].因此可以认为在溶剂热合成钛酸钡中,高温有利于四方相的产生.只是所生成的四方相表现在短程范围内或所生成的四方相含量较少,在用XRD 进行表征时,不能得到有效地检测.在所有样品中均有微弱的830和1060c m -1峰的存在,是碳酸钡的特征峰[18],证明产物中含有碳酸钡,与XRD 得到的结果一致.图3 不同条件下制备钛酸钡的Ra man 光谱a:140℃48h b:200℃48h c:140℃168h 图4为所制备的钛酸钡透射电镜照片.所有产物都得到了分散均匀、近乎球型的纳米粉体.在反应温度为140℃、反应时间为48h 时,得到的粉体平均粒径为10nm;在相同的反应时间内,提高反应温度到200℃,所得到的颗粒粒径明显增大,平均粒径为80nm ,远远大于由XRD 计算所得到的晶粒尺寸,表明产物很可能由多个小晶粒团聚生成了多晶产物;而在140℃时,反应时间延长到168h,颗粒尺寸增长缓慢,晶粒尺寸基本没有变化,所得到的颗粒平均粒径为20nm ,其由团聚形成多晶比高温下要缓慢的多.从TE M 照片分析可知,反应时间和反应温度都对所合成的颗粒粒径有显著影响,其中反应温度对颗粒尺寸的影响更加明显.图4 不同条件下制备的钛酸钡纳米粉体的TE M 照片a:140℃48h b:200℃48h c:140℃168h 在本文的实验条件下,使用乙醇和乙二醇甲醚做为混合溶剂,但反应中仍然有水存在,主要是Ba (OH )2中的结晶水和酸、碱反应所生成的水,水的存在仍旧是反应得以进行的必要条件.因此,我们认为本实验条件下的合成机理与水热反应中的溶解-沉淀机理相类似[19],由于水量较低,在反应的初期,体系非常容易达到成核所需的过饱和浓度,体系中开始有钛酸钡晶核的出现,此后是颗粒的长大的过程[20].但前驱体在溶解的过程中,一部分被颗粒的长大所消耗掉,另一部分则增加了体系的浓度,体系可能达到二次或多次成核的条件,因此成核与颗粒的长大同时进行,这样的过程一直持续到前驱体被消耗完全.通过这样的反应过程,虽然成核速率较低,但总的成核量增大,进而使生成的产物颗粒粒径减小.延长反应时间后,颗粒的长大通过小粒子之间的团聚或者是二次溶解-沉淀来完成[20],从平均晶粒尺寸计算的结果可知,晶粒尺寸这与反应温度有关,而与反应时间无关,颗粒的长大机理主要是小粒子的团聚造成的,高温增加了颗粒运动的速率,使小晶粒碰撞的机会增多,导致更多的小晶粒团聚生成大颗粒(图4,b );同时低温条件下,晶粒生长缓慢,晶粒之间的团聚程度较低,所得到的颗粒较小,得到的颗粒型貌均一(见图4中的a 和c ).从以上分析可知,通过控制溶剂热反应的条件可以达到调控粒子・145・第4期侯 博,等:溶剂热合成纳米钛酸钡及其表征尺寸的目的,这对制备小型化电子元件和使用这样的粉体进行膜的制备具有十分重要的意义.3 结 论1)Ba(OH)2和Ti Cl4作前驱体、乙醇和乙二醇独甲醚作混合溶剂,在不同的反应条件下分别合成了分散良好、近乎球型的粒径为10、20和80nm的钛酸钡纳米粉体.2)过XRD、TE M和Ra man光谱对所合成产物进行了表征,结果表明反应温度不仅对产物的粒径有较大影响,同时也显著地影响晶体结构;反应时间的延长有助于颗粒的长大.3)拉曼光谱表明在较高的反应温度下所合成的钛酸钡粉体含有少量四方晶相或者在短程范围内具有四方相结构.4)溶剂热合成钛酸钡的机理为溶解-沉淀机理,在体系中水含量较小的情况下,可能发生多次成核,从而使产物的颗粒减小,通过控制反应条件能够调控粒子尺寸.参考文献:[1]MA I S ONA W,K LEE BERG B R,et a l.Phase content,tetragonality,and crystallite size of nanoscaled bariu mtitanate synthesized by the catecholate p r ocess:effect of calcinati on temperature[J].J Eur o Cera m Soc,2003,23,127-132.[2]P OT DAR H S,DESHP ANDE S B,DATE S K.Che m i2cal cop reci p itati on of m ixed(Ba+Ti)oxalates p recurs or leading t o BaTi O3powders[J].M ater Che m Phys,1999,58,121-127.[3]KHOLLAM Y B,DESHP ANDE A S,et a l.M icr owave-hydr other mal synthesis of equi-axed and sub m icr on-sized BaTi O3powders[J].Mater Che m Phys,2001,71,304-308.[4]CHE N H J,CHE N Y W.Hydr other mal Synthesis ofBariu m Titanate[J]I nd Eng Chem Res,2003,42,473-483.[5]P I TI CESC U R M,Piticescu R R,et a l.Hydr other malsynthesis of cera m ic nanomaterials f or functi onal app lica2 ti ons[J].Nanotechnol ogy,2003,14,312-317. 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纳米钛酸钡的研究
纳米钛酸钡的研究摘要：钛酸钡具有高介电常数、低介质损耗等优异的性能，广泛地应用于多层陶瓷电容器、热敏电阻、光电器件等电子元件，是电子工业中应用最广泛的陶瓷材料之一。
本文介绍了钛酸钡结构、性能、用途及制备方法。
制备超细，高纯和粒径分布均匀的纳米BaTiO3粉体的制备成为了纳米材料制备领域的研究热点之一。
关键词：钛酸钡，结构，性能，制备方法，粉体1. 引言钛酸钡(BaTiO3)是最早发现的一种具有ABO3型钙钛矿晶体结构的典型铁电体，它具有高介电常数、低的介质损耗及铁电、压电和正温度系数效应等优异的电学性能，被广泛应用于制备高介陶瓷电容器、多层陶瓷电容器、PTC热敏电阻、动态随机存储器、谐振器、超声探测器、温控传感器等，被誉为“电子陶瓷工业的支柱”。
2. 钛酸钡晶体的结构钛酸钡是一致性熔融化合物，其熔点为1618℃。
在此温度以下，1460℃以上结晶出来的钛酸钡属于非铁电的六方晶系6/mmm点群。
此时，六方晶系是稳定的。
在1460~130℃之间钛酸钡转变为立方钙钛矿型结构。
在此结构中Ti4+(钛离子)居于O2-(氧离子)构成的氧八面体中央，Ba2+(钡离子)则处于八个氧八面体围成的空隙中。
此时的钛酸钡晶体结构对称性极高，因此无偶极矩产生，晶体无铁电性，也无压电性。
随着温度下降，晶体的对称性下降。
当温度下降到130℃时，钛酸钡发生顺电-铁电相变。
在130~5℃的温区内，钛酸钡为四方晶系4mm点群，具有显著地铁电性，其自发极化强度沿c轴方向，即[001]方向。
钛酸钡从立方晶系转变为四方晶系时，结构变化较小。
从晶胞来看，只是晶胞沿原立方晶系的一轴（c轴）拉长，而沿另两轴缩短。
当温度下降到5℃以下，在5~-90℃温区内，钛酸钡晶体转变成正交晶系mm2点群，此时晶体仍具有铁电性，其自发极化强度沿原立方晶胞的面对角线[011]方向。
为了方便起见，通常采用单斜晶系的参数来描述正交晶系的单胞。
这样处理的好处是使我们很容易地从单胞中看出自发极化的情况。
纳米钛酸钡制备方法研究新进展
纳米钛酸钡制备方法研究新进展
邓兆1，戴英1，2
1武汉理工大学材料科学与工程学院，武汉（430070） 2武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室，武汉（430070）
E-mail：daiying@
摘 要： 钛酸钡具有高介电常数、低介质损耗等优异的性能，广泛地应用于多层陶瓷电容 器、热敏电阻、光电器件等电子元件，是电子工业中应用最广泛的陶瓷材料之一。随着电子 工业的发展，对陶瓷电子元件提出了高精度、高可靠性、小型化的要求，其关键之一就是要 实现粉末原料的超细、高纯和粒径分布均匀，因而对传统的钛酸钡粉体的制备提出了新的要 求。制备超细，高纯和粒径分布均匀的纳米BaTiO3粉体的制备成为了纳米材料制备领域的研 究热点之一。本文综述了近年来国内外制备BaTiO3粉体的主要方法和最新进展，对BaTiO3纳 米粉体的制备工作前景进行了探讨。 关键词：钛酸钡，制备方法，粉体 中图分类号：TQ174
2.3 钛醇盐法
2.3.1 金属钡与钛醇盐法
以金属钡与钛醇盐为原料制备BaTiO3的研究报道较多，虽方法各有差异，但基于他们都 采用了类似的原料，将这些工作归纳如下表 2：
表 2 金属钡与钛醇盐法制备纳米BaTiO3
制备原料
方法概述
典型代表性研究 者及文献
产品粒径尺寸/nm
特点
N2 气 氛 下 反 应 金属钡，异丙醇钛、
HNO3，KOH等 Ba(OH)2⋅8H2O， 异丙醇钛等
Ba(OH)2⋅8H2O， 钛酸丁酯等
Ba(OH)2⋅8H2O， 钛酸丁酯等
Ba(OH)2⋅8H2O+ 二(三乙醇胺)钛 酸二异丙酯
溶剂热 90℃，8h
溶剂热法 240℃， 6h 溶剂热法 180℃， 24h 溶剂热法 150~180 ℃，48~72h
纳米钛酸钡的结构性能及制备方法
纳米钛酸钡的结构性能及制备方法摘要：钛酸钡纳米材料具有高介电常数和低介质损耗等优异的性能，是电子工业中应用最广泛的陶瓷材料之一。
本文主要介绍了钛酸钡结构性能、应用方向和纳米钛酸钡制备方法。
关键词：钛酸钡结构性能制备方法粉体前言钛酸钡（BaTiO3）具有高介电常数、低的介质损耗及铁电、压电和正温度系数效应等优异的电学性能，被誉为“电子陶瓷工业的支柱”，广泛的应用于半导体陶瓷和电子工业等方面。
一、钛酸钡晶体的结构钛酸钡是一致性熔融化合物，其熔点为1618℃。
在此温度以下，1460℃以上结晶出来的钛酸钡属于非铁电的六方晶系6/mmm点群。
此时，六方晶系是稳定的。
在1460～130℃之间钛酸钡转变为立方钙钛矿型结构。
在此结构中钛离子居于氧离子构成的氧八面体中央，钡离子则处于八个氧八面体围成的空隙中。
此时的钛酸钡晶体结构对称性极高，因此无偶极矩产生，晶体无铁电性，也无压电性。
随着温度下降，晶体的对称性下降。
当温度下降到130℃时，钛酸钡发生顺电-铁电相变。
在130～5℃的温区内，钛酸钡为四方晶系4mm点群，具有显著地铁电性，其自发极化强度沿c轴方向，即[001]方向。
钛酸钡从立方晶系转变为四方晶系时，结构变化较小。
从晶胞来看，只是晶胞沿原立方晶系的一轴（c 轴）拉长，而沿另两轴缩短。
当温度下降到5℃以下，在5～-90℃温区内，钛酸钡晶体转变成正交晶系mm2点群，此时晶体仍具有铁电性，其自发极化强度沿原立方晶胞的面对角线[011]方向。
钛酸钡从四方晶系转变为正交晶系，其结构变化也不大。
从晶胞来看，相当于原立方晶系的一根面对角线伸长了，另一根面对角线缩短了，c轴不变。
当温度继续下降到-90℃以下时，晶体由正交晶系转变为三斜晶系3m点群，此时晶体仍具有铁电性，其自发极化强度方向与原立方晶胞的体对角线[111]方向平行。
钛酸钡从正交晶系转变成三斜晶系，其结构变化也不大。
综上所述，在整个温区（<1618℃），钛酸钡共有五种晶体结构，即六方、立方、四方、单斜、三斜，随着温度的降低，晶体的对称性越来越低。
纳米钛酸钡粉体合成实验教学研究
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力 ，为学生今后的学习、工作奠定 良 好基础 ， 是非 常有 意义 的、值得研究 的实验 。
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纳米钛酸钡的研究摘要：钛酸钡具有高介电常数、低介质损耗等优异的性能，广泛地应用于多层陶瓷电容器、热敏电阻、光电器件等电子元件，是电子工业中应用最广泛的陶瓷材料之一。
本文介绍了钛酸钡结构、性能、用途及制备方法。
制备超细，高纯和粒径分布均匀的纳米BaTiO3粉体的制备成为了纳米材料制备领域的研究热点之一。
关键词：钛酸钡，结构，性能，制备方法，粉体1. 引言钛酸钡(BaTiO3)是最早发现的一种具有ABO3型钙钛矿晶体结构的典型铁电体，它具有高介电常数、低的介质损耗及铁电、压电和正温度系数效应等优异的电学性能，被广泛应用于制备高介陶瓷电容器、多层陶瓷电容器、PTC热敏电阻、动态随机存储器、谐振器、超声探测器、温控传感器等，被誉为“电子陶瓷工业的支柱”。
2. 钛酸钡晶体的结构钛酸钡是一致性熔融化合物，其熔点为1618℃。
在此温度以下，1460℃以上结晶出来的钛酸钡属于非铁电的六方晶系6/mmm点群。
此时，六方晶系是稳定的。
在1460~130℃之间钛酸钡转变为立方钙钛矿型结构。
在此结构中Ti4+(钛离子)居于O2-(氧离子)构成的氧八面体中央，Ba2+(钡离子)则处于八个氧八面体围成的空隙中。
此时的钛酸钡晶体结构对称性极高，因此无偶极矩产生，晶体无铁电性，也无压电性。
随着温度下降，晶体的对称性下降。
当温度下降到130℃时，钛酸钡发生顺电-铁电相变。
在130~5℃的温区内，钛酸钡为四方晶系4mm点群，具有显著地铁电性，其自发极化强度沿c轴方向，即[001]方向。
钛酸钡从立方晶系转变为四方晶系时，结构变化较小。
从晶胞来看，只是晶胞沿原立方晶系的一轴（c轴）拉长，而沿另两轴缩短。
当温度下降到5℃以下，在5~-90℃温区内，钛酸钡晶体转变成正交晶系mm2点群，此时晶体仍具有铁电性，其自发极化强度沿原立方晶胞的面对角线[011]方向。
为了方便起见，通常采用单斜晶系的参数来描述正交晶系的单胞。
这样处理的好处是使我们很容易地从单胞中看出自发极化的情况。
钛酸钡从四方晶系转变为正交晶系，其结构变化也不大。
从晶胞来看，相当于原立方晶系的一根面对角线伸长了，另一根面对角线缩短了，c轴不变。
当温度继续下降到-90℃以下时，晶体由正交晶系转变为三斜晶系3m点群，此时晶体仍具有铁电性，其自发极化强度方向与原立方晶胞的体对角线[111]方向平行。
钛酸钡从正交晶系转变成三斜晶系，其结构变化也不大。
从晶胞来看，相当于原立方晶胞的一根体对角线伸长了，另一根体对角线缩短了。
综上所述，在整个温区(＜1618℃)，钛酸钡共有五种晶体结构，即六方、立方、四方、单斜、三斜，随着温度的降低，晶体的对称性越来越低。
在130℃（即居里点）以上，钛酸钡晶体呈现顺电性，在130℃以下呈现铁电性。
3 钛酸钡晶体的的性能3.1钛酸钡晶体的自发极化钛酸钡是一种典型的铁电体，所以提到钛酸钡，就一定要提到它的自发极化。
一般来讲，电介质的电极化过程（方式）有三种，即电子位移极化、离子位移极化和固有电矩转向极化。
对于钛酸钡而言，经过物理学家的严格推算，钛酸钡的自发极化的贡献主要来自于Ti4+的离子位移极化和氧八面体其中一个O2-的电子位移极化。
3.2 钛酸钡晶体的铁电畴钛酸钡晶体是由无数钛酸钡晶胞组成的。
当立方钛酸钡晶体冷却到居里点Tc时，将开始产生自发极化，并同时进行立方相向四方相的转变。
在发生自发极化的时候，其中一部分相互临近的晶胞都沿着原来立方晶胞的某个晶轴产生自发极化，而另一部分相互临近的晶胞可能沿原立方晶胞的另一个晶轴产生自发极化。
这样当钛酸钡转变成四方相后，晶体就出现了沿不同方向自发极化的晶胞小单元，我们称之为电畴。
也就是说，通过降低温度，晶体从顺电相转变为铁电相时，由于自发极化，引起表面静电相互作用变化，产生电畴结构。
电畴的类型、畴壁的取向，除了主要由晶体的结构对称性决定外，同时还要满足以下两个条件：① 晶格形变的连续性：电畴形成的结果，使得沿畴壁而切割晶体所产生的两个表面上的晶格连续并相匹配。
② 自发极化分量的连续性：两相邻电畴的自发极化强度在垂直于畴壁方向上的分量相等。
因此，在四方钛酸钡单晶中，相邻电畴的自发极化方向只能相交成180°或90°，即只存在180°畴和90°畴。
3.3 钛酸钡的介电性质这里所说的钛酸钡的介电性质主要指的是钛酸钡陶瓷的介电性质。
钛酸钡陶瓷的介电性能基本上和钛酸钡单晶的相似。
但由于陶瓷是多晶结构，存在晶粒和晶界。
晶粒的大小和无序取向，晶界中玻璃相及杂质的存在，均直接影响其介电特性，使其与单晶的有所不同。
4钛酸钡应用钛酸钡陶瓷是目前应用最广泛和研究较透彻的一种铁电材料。
钛酸钡是第一个不含氢的氧化物铁电体，由于其性能优良，化学上，热学上的稳定性好。
钛酸钡具有高介电常数、低介质损耗等优异的性能，广泛地应用于多层陶瓷电容器、热敏电阻、光电器件等电子元件，是电子工业中应用最广泛的陶瓷材料之一。
5钛酸钡的制备方法钛酸钡陶瓷粉体的制备方法很多, 主要分为固相反应法和液相反应法。
传统的固相反应法杂质含量高、颗粒粗、均匀性差、粉体烧结温度高。
随着材料科学的发展, 要求粉体具有颗粒细、团聚少、组分均匀等特点。
溶胶2凝胶法因其是在室温附近进行的湿化学反应, 因而具有反应过程温度低, 易于控制, 所制得的陶瓷粉体纯度高、均匀度好、成分配比可控等优点,在陶瓷粉体制备中的应用起来越广泛。
以醋酸钡、钛酸四丁酯和冰醋酸为主要原料, 通过溶胶-凝胶法所制得的掺杂改性钛酸钡粉体进行了研究。
固相法：为了得到致密的纳米BaTiO3 陶瓷，首先要得到高纯、等化学当量、分布均匀的纳米BaTiO3 粉体。
实验中，用化学方法合成平均尺寸为10 nm 的BaTiO3 粉体。
[6]将BaTiO3 粉体在高压下烧结，得到了致密的纳米BaTiO3 陶瓷，具体工艺如下：在室温，用10 nm BaTiO3 粉体在7 MPa 的压力下压制成φ10压力下(一般大于500 MPa)冷等静压5～10 min，然后卸压。
将压好的样品磨成粉末。
重复几次上述过程，然后在模具中压制成φ10 mm×1 mm 的坯体。
压好的坯体用银箔包好以防止受污染。
包好的样品被放入氮化硼管中，再将整个装置放入石墨加热炉中。
高压实验是在六面顶压机上完成的，叶蜡石作为压力传递介质。
样品先加压到6GPa，在此压力下加热到1 000℃，保温时间为5 min。
到达保温时间后，淬火降温再慢慢将压力降到大气压力，取出样品。
为了消除氧空位和残余应力，烧结得到的样品在氧气氛中600 ℃ 保温8 h。
备用介电性能测试用样品的2 个表面涂上银浆，加热到500～600 ℃，保温8～10 min，去除有机溶剂并完成被银。
在6 GPa，1 000 ℃，5 min 条件下烧结得到致密的平均尺寸约为30 nm的BaTiO3陶瓷。
–190～200℃，随温度升高，在30 nm BaTiO3 陶瓷中，有从三方相→正交相→四方相→三方相的连续相变。
室温下，BaTiO3 陶瓷中正交相和四方相共存。
在120 ℃附近有1个宽的介电转变峰，ε=1 920。
介电转变峰的存在说明用高压烧结得到的纳米BaTiO3 陶瓷铁电性消失的临界尺寸小于30 nm。
熔融盐法，是近年来研究的一种用于制备陶瓷和粉体的方法。
由于物质在熔盐中的迁移速率远高于其在固相中的迁移速率。
所以，与固相法制备比较，熔盐法可显著降低反应温度和缩短反应时间；同时，熔盐法还可有效地控制晶粒尺寸和形状，合成具有特定形貌的粉体。
以BaC2O4，TiO2，NP-9，NaCl摩尔比1：1：3：30混合，再在820℃保温3h，制备了BaTiO3纳米线。
将TiO2粉末加入到Ba(NO3)2-KNO3-KOH体系中，熔盐法制备了BaTiO3粉体。
溶胶-凝胶法：图1 溶胶凝胶法制备掺杂改性钛酸钡粉体工艺流程( 1) 运用溶胶2凝胶的方法, 能制备掺杂改性BaTiO3粉体。
在700摄氏度煅烧1h 能得到平均粒径为100nm 左右的陶瓷粉体, 粉体的形状呈球形且团聚较少。
( 2) 运用溶胶2凝胶的方法, 能获得超细的高活性粉体, 降低了烧结温度并能使所需掺杂的元素更容易地进入到晶格点阵。
( 3) 过高的煅烧温度对粉体的质量是有害的, 它不仅影响粒子的形状, 而且还影响到粒子的团聚性能。
6结束语：近年来，随着电子工业的发展，对陶瓷元件提出了高精度、高可靠性、小型化的要求。
为了制造高质量的陶瓷元件，关键之一就是要实现粉末原料的超细、高纯和粒径分布均匀。
研究可以制备粒径可控，粒径分布窄及分散性好的钛酸钡粉体材料的方法且能够大量生产成为了一个研究热点。
钛酸钡是一种强介电材料，是电子陶瓷中使用最广泛的材料之一，被誉为”电子陶瓷工业的支柱“。
目前，关于钛酸钡的研究实在太多太多。
国内外许多的学者对钛酸钡做了大量的研究工作，通过掺杂改性，已经得到了大量的新材料，尤其是在MLCC方面的应用。
其应用前景极其广阔。
参考文献[1]陈翠华.钛酸钡晶体的铁电畴结构分析[J]. 湖北水利水电职业技术学院学报，2007,3(3):37-38[2]邓兆，戴英.纳米钛酸钡制备方法研究新进展[3]肖长江，靳常青，王晓慧.纳米钛酸钡的晶体结构[A].功能材料，2007，31（2）：290-291[4]肖长江，靳常青，王晓慧. 高压烧结纳米钛酸钡陶瓷的结构和铁电性[A],36(6):748-750[5] Deng X Y, Zhang H T, Li T, et al. Ferroelectricity of nanocrystalline BaTiO3 ceramics by first principle calculation. Chinese Sci Bull, 2010,55（2）：194-198。