本發(fā)明涉及壓電納米材料領域，具體是一種鈮酸鉀鈉體系納米線材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

納米技術(shù)作為21世紀一個重要新興科技領域，在理論與實踐上正經(jīng)歷著高速發(fā)展，大量新型納米材料與器件不斷被開發(fā)出來, 并在生物醫(yī)學、國防以及日常生活的各個領域展現(xiàn)前所未有的應用前景。將基于壓電效應的納米材料技術(shù)用到納米發(fā)電機、THz通信、生物醫(yī)學傳感器等方面正受到國際上極大的關(guān)注。特別是納米發(fā)電機，《Science》、《Advance materials》雜志給予了專門報道。在有關(guān)納米壓電材料的應用上，鈮酸鉀鈉體系具有綜合性能優(yōu)異的優(yōu)勢，如壓電系數(shù)、機電耦合系數(shù)和居里溫度高及組成元素對人類友好，這在作為植入人體的生物醫(yī)療器械方面尤為重要。

從壓電式納米換能器的效率方面來講，除了在一定程度上受系統(tǒng)集成組裝的質(zhì)量影響外，最主要的影響因素應該是其核心部件—壓電材料的壓電性能，高壓電系數(shù)的壓電材料將表現(xiàn)出更高的壓電性能。事實上，除了ZnO外，還包括現(xiàn)在應用最多的鉛基壓電陶瓷（如PZT），以及目前研究很熱的幾類無鉛壓電材料（如鈮酸鉀鈉體系、鈦酸鋇鉀鈉體系等），后面這幾類壓電材料的壓電性能都遠高于ZnO。當然，由于鉛基壓電陶瓷含鉛且含鉛量高于60%（質(zhì)量比）不利于人類環(huán)境保護而即將被淘汰，特別是作為植入人體的醫(yī)療器械，更不應該采用。作為替代，無鉛壓電材料的研究及盡早開發(fā)自然十分迫切。比較目前研究比較熱的幾類無鉛壓電材料，鈮酸鉀鈉體系由于具有很好綜合性能優(yōu)勢，如高的壓電系數(shù)、高的機電耦合系數(shù)、高的居里溫度和組成元素對人類友好，而成為首選材料之一。

目前，無鉛壓電材料研究報道最多的是塊體陶瓷材料，但是在微納技術(shù)領域則恰恰需要相應的具有微納米尺寸的材料，例如在微型馬達、生物醫(yī)藥傳感器、監(jiān)控、生物活體探測和太赫茲波通信等方面。從上述研究報道來看，目前針對鈮酸鉀鈉納米線的制備方法主要有模板生長法、水熱法、溶膠-凝膠法、熔鹽法和靜電紡絲法等。雖然每種方法各有優(yōu)點，但也各自存在一些問題。

模板生長法可以采用AAO、碳納米管、分子篩和硅納米線等模板進行輔助生長，具有納米線排列可控、對材料結(jié)構(gòu)限制少等優(yōu)點，但是存在所制備的納米線通常是多晶，不易獲得單晶，且產(chǎn)物中因模板的存在易引入雜質(zhì)的技術(shù)問題。

水熱法和溶膠-凝膠法等液相法具有低溫、低成本優(yōu)勢，及產(chǎn)量高和均勻性好等優(yōu)點，但是存在產(chǎn)物長徑比較低、尺寸較大，工藝復雜且產(chǎn)物純度不高的技術(shù)問題。此外，水熱法還存在只能用于制備對水或溶劑不敏感的化合物的技術(shù)問題。

此外，如果不結(jié)合使用模板生長法而單純采用液相法，生長出來的鈮酸鉀鈉納米線則雜亂無章排列。

迄今為止，有關(guān)鈮酸鉀鈉體系，特別是99.6K_0.5Na_0.5NbO₃-0.4LiBiO₃體系納米線的固相制備技術(shù)還沒有相關(guān)報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種鈮酸鉀鈉體系納米線材料及其制備方法。針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明采用傳統(tǒng)的固相燒結(jié)法，在不需要額外提供氣相、異質(zhì)模板和催化劑的的條件下，實現(xiàn)鈮酸鉀鈉體系納米線的可控生長，使合成的鈮酸鉀鈉體系納米線直接從同質(zhì)基體中生長，不引入外界雜質(zhì)，實現(xiàn)產(chǎn)物的純潔。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種鈮酸鉀鈉體系納米線材料，是以Na₂CO₃、K₂CO₃、Li₂CO₃、Nb₂O₅、Bi₂O₃為原料，按照化學式99.6K_0.5Na_0.5NbO₃-0.4LiBiO₃進行配料，經(jīng)傳統(tǒng)陶瓷固相燒結(jié)工藝燒制而成的納米線材料。

鈮酸鉀鈉體系納米線材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟（1）所有原料Na₂CO₃、K₂CO₃、Li₂CO₃、Nb₂O₅、Bi₂O₃在稱量配料前均置于烘箱中烘干，所述烘干的溫度為120℃；

步驟（2）按化學式99.6K_0.5Na_0.5NbO₃-0.4LiBiO₃的成分質(zhì)量比稱量原料，裝入球磨瓶中，以無水乙醇為介質(zhì)球磨24 h；

步驟（3）將球磨后產(chǎn)物取出，烘干，預燒，所述預燒的溫度為850℃，預燒的時間為6 h，預燒的升溫速率為2℃/min；

步驟（4）然后再以無水乙醇為介質(zhì)球磨24h后烘干；

步驟（5）將烘干的粉料過100目篩后，在100 MPa的壓力下壓制成直徑26 mm，2 mm厚的圓坯；

步驟（6）將壓制好的圓坯固相燒結(jié)，在燒結(jié)體中獲得鈮酸鉀鈉體系納米線材料，所述燒結(jié)的溫度為1100℃，燒結(jié)時的保溫時間為18h。

本發(fā)明鈮酸鉀鈉體系納米線材料經(jīng)SEM電鏡檢測證實為納米線結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下優(yōu)點：

（1）采用傳統(tǒng)的固相燒結(jié)法，在不需要額外提供氣相的條件下，實現(xiàn)鈮酸鉀鈉體系納米線的可控生長；

（2）使合成的鈮酸鉀鈉體系納米線直接從同質(zhì)基體中生長，不需要異質(zhì)模板和催化劑，不會引入外界雜質(zhì)，產(chǎn)物純潔；

（3）在此方法制備的基礎上，也可以利用化學拓撲法通過后續(xù)的液相、水熱或氣相輔助生長繼續(xù)調(diào)控鈮酸鉀鈉體系納米線的長徑比。

此外，實驗研究顯示，本發(fā)明技術(shù)關(guān)鍵在于化學成分、燒結(jié)工藝（特別是燒結(jié)溫度）和實驗環(huán)境等因素的精確控制。通過調(diào)控，可以實現(xiàn)99.6K_0.5Na_0.5NbO₃-0.4LiBiO₃體系納米線的制取。本發(fā)明方法合成的鈮酸鉀鈉體系納米線后，將可能賦予它新的特性或功能，從而拓展鈮酸鉀鈉體系納米線的應用范疇，因此，本發(fā)明具有廣闊的應用前景。

附圖說明

圖1為實施例中制備的鈮酸鉀鈉體系納米線材料的SEM圖。

具體實施方式

本發(fā)明通過實施例，結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明內(nèi)容作進一步詳細說明，但不是對本發(fā)明的限制。

實施例：

鈮酸鉀鈉體系納米線材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟（1）所有原料Na₂CO₃、K₂CO₃、Li₂CO₃、Nb₂O₅、Bi₂O₃在稱量配料前均置于烘箱中烘干，所述烘干的溫度為120℃；

步驟（2）按化學式99.6K_0.5Na_0.5NbO₃-0.4LiBiO₃，即(1-x)K_0.5Na_0.5NbO₃-xLiBiO₃，其中x=0.004的成分質(zhì)量比稱量原料，裝入球磨瓶中，以無水乙醇為介質(zhì)球磨24 h；

步驟（3）將球磨后產(chǎn)物取出，烘干，預燒，所述預燒的溫度為850℃，預燒的時間為6 h，預燒的升溫速率為2℃/min；

步驟（4）然后再以無水乙醇為介質(zhì)球磨24h后烘干；

步驟（5）將烘干的粉料過100目篩后，在100 MPa的壓力下壓制成直徑26 mm，2 mm厚的圓坯；

步驟（6）將壓制好的圓坯固相燒結(jié)，在燒結(jié)體中獲得鈮酸鉀鈉體系納米線材料，所述燒結(jié)的溫度為1100℃，燒結(jié)時的保溫時間為18h。

經(jīng)SEM電鏡檢測，結(jié)果如圖1所示，所得鈮酸鉀鈉體系納米線材料為納米線結(jié)構(gòu)。