本發(fā)明涉及一種鈦酸鉍鈉-鈦酸鍶亞微米棒及其制備方法，屬于無鉛壓電鐵電材料亞微米棒的制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

壓電鐵電材料作為一種重要的功能材料，在電子、機(jī)械和通訊等領(lǐng)域都有著不可替代的應(yīng)用價(jià)值，利用其壓電特性，可以制備成各種傳感器、換能器和驅(qū)動(dòng)裝置等，而利用其介電性能則可以制備成各種電容和儲(chǔ)能器件。目前常用的壓電鐵電材料為鋯鈦酸鉛(pzt)等鉛基材料，其具有非常優(yōu)異的壓電、鐵電和介電性能，但是鉛具有毒性，會(huì)危害人體健康并對(duì)環(huán)境造成污染，因此亟須尋求一種無鉛的、環(huán)境友好的并且性能優(yōu)良的壓電鐵電材料以取代傳統(tǒng)的鉛基壓電鐵電材料。無鉛壓電鐵電材料中，鈦酸鉍鈉(na0.5bi0.5tio3，nbt)因其具有較高的剩余極化強(qiáng)度、居里溫度、介電常數(shù)以及近年來發(fā)現(xiàn)的大場(chǎng)致應(yīng)變而受到重視，被認(rèn)為是最有希望取代鉛基壓電鐵電材料的無鉛體系。

現(xiàn)有技術(shù)也公開了一些鈦酸鉍鈉以及摻雜有關(guān)物料的材料以及制備方法；例如，公開號(hào)為cn105036736a的中國專利文獻(xiàn)公開了一種鈦酸鉍鈉基無鉛電致伸縮陶瓷材料，具體公開了一種將原料在800-900℃下燒結(jié)、隨后再在1150-1200℃下燒結(jié)的工藝。公開號(hào)為cn102633503a的中國專利文獻(xiàn)公開了一種具有高電致應(yīng)變的鈦酸鉍鈉基無鉛壓電材料，具體公開了一種預(yù)先將原料在800-900℃下燒結(jié)、隨后再在1150-1250℃下燒結(jié)的工藝?？梢钥闯?，目前針對(duì)鈦酸鉍鈉陶瓷材料的制備及研究仍集中于利用固相燒結(jié)法制備宏觀性能優(yōu)異的陶瓷塊體。此種制備工藝往往需要多次球磨和高溫?zé)Y(jié)過程，能耗較大，且所制備的陶瓷為宏觀尺寸。然而，隨著電子元器件逐漸走向小型化、集成化和高功能化，微納尺寸的，尤其是一維尺度的壓電鐵電材料越來越受到重視，如納米線、納米棒、納米管和亞微米棒等，被廣泛研究并應(yīng)用于先進(jìn)傳感器、換能器、納米發(fā)電機(jī)和高能電容器等器件中。在無鉛體系中，相比于鈦酸鋇(batio3)，一維nbt基壓電鐵電材料的制備和研究較少。

例如，公開號(hào)為cn105860376a的中國專利文獻(xiàn)公開了一種基于nbt單晶納米線的介電復(fù)合材料的制備方法，通過水熱法制備得到長(zhǎng)徑比為20-50的nbt單晶納米線材料，將其用多巴胺進(jìn)行化學(xué)修飾后再與偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物復(fù)合，得到介電復(fù)合材料。該方法通過水熱反應(yīng)，制得bnt納米線。

目前，還未見有鈦酸鉍鈉-鈦酸鍶復(fù)合亞微米棒的相關(guān)報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的在于，提供一種亞微米尺度的鈦酸鉍鈉-鈦酸鍶復(fù)合壓電鐵電材料(本發(fā)明也稱為na0.5bi0.5tio3-xsrtio3，簡(jiǎn)寫為nbt-xst)，該復(fù)合材料具有獨(dú)特的一維棒狀形貌。

本發(fā)明的第二目的在于，旨在提供一種可制得所述的棒狀形貌的制備方法。

本發(fā)明的第三目的在于，提供一種所述的鈦酸鉍鈉-鈦酸鍶復(fù)合材料的應(yīng)用。

本發(fā)明的第四目的在于，提供一種nbt亞微米棒的制備方法。

一種鈦酸鉍鈉-鈦酸鍶的復(fù)合壓電鐵電材料，呈多晶亞微米棒形貌。

本發(fā)明所述的復(fù)合壓電鐵電材料，具有一維棒狀結(jié)構(gòu)；相較于零維結(jié)構(gòu)，一維棒狀結(jié)構(gòu)更有利于制備高性能傳感器和高能電容器等電子器件。

作為優(yōu)選，所述的復(fù)合壓電鐵電材料的化學(xué)式na0.5bi0.5tio3-xsrtio3，其中，0＜x≤0.26。

最優(yōu)選為x＝0.26，此時(shí)nbt-xst位于準(zhǔn)同型相界處，可以獲得最大的場(chǎng)致應(yīng)變。

本發(fā)明中，所述的多晶亞微米棒的寬度或直徑為500nm～1μm、長(zhǎng)度為5～10μm。本發(fā)明所述的復(fù)合壓電鐵電材料，具有較大的長(zhǎng)徑比。

本發(fā)明還提供了一種所述特殊形貌的鈦酸鉍鈉-鈦酸鍶的復(fù)合壓電鐵電材料的制備方法；本發(fā)明人嘗試以鈦酸鈉為模板制備具有特殊棒狀形貌的復(fù)合材料；然而，在技術(shù)開發(fā)過程中，難于制得具備亞微米棒狀形貌的材料。本發(fā)明人通過大量研究，終于發(fā)現(xiàn)，采用兩段熔鹽合成方法，配合對(duì)燒結(jié)溫度的控制，方能出人意料地穩(wěn)定制得具有特殊棒狀形貌的鈦酸鉍鈉-鈦酸鍶的復(fù)合壓電鐵電材料。

本發(fā)明所述的鈦酸鉍鈉-鈦酸鍶的復(fù)合壓電鐵電材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟(1)：以鈉源a和二氧化鈦的反應(yīng)物，按na2ti6o13的化學(xué)計(jì)量比稱取并與熔鹽混合；混合后的物料再在1000～1100℃下燒結(jié)；燒結(jié)產(chǎn)物經(jīng)洗滌、干燥得鈦酸鈉單晶亞微米棒；

步驟(2)：以二氧化鈦、鈉源b、鉍源、鍶源和鈦酸鈉單晶亞微米棒為反應(yīng)物，按化學(xué)式na0.5bi0.5tio3-xsrtio3化學(xué)計(jì)量比稱取并與熔鹽混合；混合后的物料再在850～950℃下燒結(jié)，燒結(jié)產(chǎn)物經(jīng)洗滌、干燥，即得。

本發(fā)明獨(dú)創(chuàng)性地采用一段熔鹽法(步驟(1))制得的鈦酸鈉單晶亞微米棒作為前驅(qū)體，再結(jié)合后續(xù)的二段熔鹽法(步驟(2))的各關(guān)鍵參數(shù)的控制，通過拓?fù)浞磻?yīng)；可出人意料地制得具有棒狀亞微米級(jí)別的鈦酸鉍鈉-鈦酸鍶的復(fù)合壓電鐵電材料。

本發(fā)明方法操作簡(jiǎn)單、成本低、適用于大規(guī)模制備上述nbt-xst多晶亞微米棒。

本發(fā)明中，所述的鈉源a為鈉的氧化物或鈉的化合物；所述的鈉的化合物在所述燒結(jié)溫度下能轉(zhuǎn)化成鈉的氧化物。

本發(fā)明中，所述的鈉源a優(yōu)選為可在步驟(1)的燒結(jié)溫度下轉(zhuǎn)化成鈉氧化物的碳酸鹽和/或碳酸氫鹽；作為優(yōu)選，鈉源a為碳酸鈉。

步驟(1)中，所述的熔鹽為熔點(diǎn)低于所述的燒結(jié)溫度且在所述的溫度下不分解的穩(wěn)定性鹽。

作為優(yōu)選，所述的熔鹽為氯化鈉。

本發(fā)明中，按所述的na2ti6o13的化學(xué)計(jì)量比稱取反應(yīng)物(鈉源a和二氧化鈦)，再和熔鹽混合。

作為優(yōu)選，步驟(1)中，反應(yīng)物的質(zhì)量之和與熔鹽質(zhì)量比為1∶1.5～2.5；進(jìn)一步優(yōu)選為1∶2。

各物料的混合方式可參考現(xiàn)有方法。

作為優(yōu)選，步驟(1)中，反應(yīng)物和熔鹽的混合方式為濕法球磨混合。

作為優(yōu)選，濕法球磨混合過程采用的介質(zhì)為無水乙醇。

步驟(1)中，將所述的反應(yīng)原料、熔鹽和介質(zhì)球磨混合后采用現(xiàn)有方法干燥；將干燥后的物料再升溫至所述的溫度下進(jìn)行燒結(jié)。

本發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，制備鈦酸鈉模板時(shí)，低于所述的燒結(jié)溫度，難于形成鈦酸鈉物相，且制得的材料難于繼續(xù)步驟(2)的反應(yīng)，難于制得本發(fā)明所要求的棒狀復(fù)合材料；此外，溫度高于所述的上限值，合成的鈦酸鈉過于粗大，同樣不利于后續(xù)材料的制備。

作為優(yōu)選，步驟(1)的升溫速率均為3～8℃/min，進(jìn)一步優(yōu)選為5℃/min。

研究表面，在所述的升溫速率，制得的模板形態(tài)好，更利于后續(xù)的拓?fù)浞磻?yīng)，進(jìn)而更利于制得具有良好棒狀形貌的復(fù)合材料。

作為優(yōu)選，步驟(1)中，燒結(jié)的時(shí)間為1～3小時(shí)。

本發(fā)明中，在該優(yōu)選的燒結(jié)溫度、升溫速率和燒結(jié)時(shí)間的協(xié)同下，更有助于后續(xù)棒狀材料的制備。

最優(yōu)選，步驟(1)中，燒結(jié)溫度為1050℃，燒結(jié)時(shí)間為2小時(shí)。

步驟(1)中，燒結(jié)反應(yīng)過程的氣氛優(yōu)選為空氣氣氛。

步驟(1)中，用去離子水對(duì)燒結(jié)的產(chǎn)物進(jìn)行浸泡、洗滌，隨后經(jīng)干燥處理，即制得所述的鈦酸鈉單晶亞微米棒。

步驟(1)制備的na2ti6o13單晶亞微米棒的寬度(或直徑)為500nm～1μm、長(zhǎng)度5～10μm。

本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，采用步驟(1)熔鹽法制得的鈦酸鈉單晶亞微米棒更有助于制備得到形貌和性能更優(yōu)異的復(fù)合壓電鐵電材料。

本發(fā)明中，所述的鈉源b為鈉的氧化物或鈉的化合物；所述的鈉的化合物在所述燒結(jié)溫度下能轉(zhuǎn)化成鈉的氧化物。

本發(fā)明中，所述的鈉源b優(yōu)選為可在步驟(1)的燒結(jié)溫度下轉(zhuǎn)化成鈉氧化物的碳酸鹽和/或碳酸氫鹽；進(jìn)一步優(yōu)選為碳酸鈉。

作為優(yōu)選，鉍源為鉍的氧化物或在所述燒結(jié)溫度下轉(zhuǎn)化成所述鉍的氧化物的化合物。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述的鉍源為氧化鉍(bi2o3)。

作為優(yōu)選，鍶源為鍶的氧化物或在所述燒結(jié)溫度下轉(zhuǎn)化成所述鍶的氧化物的化合物。

進(jìn)一步優(yōu)選，鍶源為碳酸鍶。

本發(fā)明中，按所述的na0.5bi0.5tio3-xsrtio3的化學(xué)計(jì)量比反應(yīng)物(鈉源b和二氧化鈦、鈦酸鈉單晶亞微米棒、鉍源和鍶源)稱取，再和熔鹽混合。

作為優(yōu)選，步驟(2)中，所述的熔鹽為熔點(diǎn)低于所述的燒結(jié)溫度且在所述的溫度下不分解的穩(wěn)定性鹽。

作為優(yōu)選，所述的熔鹽為氯化鈉。

作為優(yōu)選，步驟(2)中，反應(yīng)物的質(zhì)量之和與熔鹽質(zhì)量比為1∶1.5～2.5；進(jìn)一步優(yōu)選為1∶2。

各物料的混合方式可參考現(xiàn)有方法。

作為優(yōu)選，步驟(2)中，反應(yīng)物和熔鹽的混合方式為磁力攪拌混合。

本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，步驟(2)中，所述的混合方式采用濕式磁力攪拌，有助于保持模板形貌，進(jìn)而有助于制得具有良好棒狀亞微米形貌的nbt-xst。

作為優(yōu)選，濕式磁力攪拌混合過程采用的介質(zhì)為無水乙醇。

步驟(2)中，將所述的反應(yīng)原料、熔鹽和介質(zhì)磁力攪拌混合后采用現(xiàn)有方法干燥；將干燥后的物料再升溫至所述的溫度下進(jìn)行燒結(jié)。

本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，利用步驟(1)制得的材料作為前驅(qū)體，在步驟(2)所述的物料配比下，在所述的溫度以及燒結(jié)時(shí)間下，通過拓?fù)浞磻?yīng)，可出人意料地制得具有棒狀亞微米結(jié)構(gòu)的復(fù)合壓電鐵電材料。

本發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，步驟(2)的燒結(jié)溫度對(duì)材料的形貌、性能影響大；本發(fā)明人通過大量研究發(fā)現(xiàn)，在步驟(1)的模板下，在本發(fā)明所提供的合成溫度下，方可穩(wěn)定制得具有亞微米棒的復(fù)合材料。

步驟(2)的燒結(jié)溫度進(jìn)一步優(yōu)選為900～950℃；最優(yōu)選為900℃。

作為優(yōu)選，步驟(2)的升溫速率均為3～8℃/min，進(jìn)一步優(yōu)選為5℃/min。

本發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，在所述的燒結(jié)升溫速率下，可制得形貌均一性更好、材料性能更優(yōu)異的復(fù)合材料。

本發(fā)明中，步驟(2)中，在所述的燒結(jié)溫度以及升溫速率協(xié)同下，優(yōu)選的燒結(jié)時(shí)間為1～3小時(shí)。

最優(yōu)選，步驟(2)中，燒結(jié)的時(shí)間為2小時(shí)。

本發(fā)明所述的nbt-xst亞微米棒及其制備方法，首先利用第一步熔鹽法制備na2ti6o13單晶亞微米棒，其寬度(或直徑)為500nm～1μm、長(zhǎng)度5～10μm。在第二步熔鹽法中，將上述na2ti6o13單晶亞微米棒作為前驅(qū)體，通過拓?fù)浠瘜W(xué)反應(yīng)制備出nbt-xst多晶亞微米棒，其寬度(或直徑)為500nm～1μm、長(zhǎng)度為5～10μm。

本發(fā)明更優(yōu)選的制備nbt-xst多晶亞微米棒的方法，包括以下步驟：

步驟(1)：第一步熔鹽法制備na2ti6o13單晶亞微米棒：

按化學(xué)通式na2ti6o13的化學(xué)計(jì)量比稱取碳酸鈉(na2co3)和二氧化鈦(tio2)粉末；再與熔鹽氯化鈉(nacl)粉末濕式球磨混合均勻，烘干后，混合粉末置于氧化鋁坩堝中，以3～8℃/min的升溫速率升溫至1000～1100℃高溫下，保溫1～3小時(shí)，所得產(chǎn)物經(jīng)水洗，烘干，即得；

濕式球磨采用的介質(zhì)為無水乙醇；

步驟(2)：第二步熔鹽法制備nbt-xst(0＜x≤0.26)多晶亞微米棒：

按照化學(xué)通式na0.5bi0.5tio3-xsrtio3的化學(xué)計(jì)量比稱取原料，

將na2ti6o13亞微米棒作為前驅(qū)體，稱取對(duì)應(yīng)的tio2、na2co3、氧化鉍(bi2o3)以及碳酸鍶(srco3)粉末與熔鹽nacl粉末濕式磁力攪拌混合均勻，烘干后，混合粉末置于氧化鋁坩堝中，以3～8℃/min的升溫速率升溫至850～950℃高溫下，保溫1～6小時(shí)(優(yōu)選1～3h)，所得產(chǎn)物經(jīng)水洗，烘干，即得；

濕式磁力攪拌采用的介質(zhì)為無水乙醇。

進(jìn)一步優(yōu)選，步驟(1)中，碳酸鈉(na2co3)和二氧化鈦的質(zhì)量之和與熔鹽nacl的質(zhì)量的比例為1∶2。

進(jìn)一步優(yōu)選，步驟(2)中，最優(yōu)選保溫時(shí)間為2h。

步驟(2)中，化學(xué)反應(yīng)方程式如下所示：

x＝0.1時(shí)的原料配比反應(yīng)方程式：

0.90{na2ti6o13+0.5na2co3+1.5bi2o3}+0.6{srco3+tio2}→

6{0.90na0.5bi0.5tio3-0.10srtio3}+1.05co2

方程式(1)

x＝0.26時(shí)的原料配比反應(yīng)方程式：

0.74{na2ti6o13+0.5na2co3+1.5bi2o3}+1.56{srco3+tio2}→6{0.74na0.5bi0.5tio3-0.26srtio3}+1.93co2

方程式(2)

本發(fā)明還包含一種棒狀nbt亞微米棒的制備方法，制備工藝過程和nbt-xst亞微米棒相同，區(qū)別在于第二次熔鹽燒結(jié)過程中，x等于0。

優(yōu)選的鈦酸鉍鈉亞微米棒的制備方法，包括以下步驟：

步驟(a)：以碳酸鈉和二氧化鈦的反應(yīng)物，按na2ti6o13的化學(xué)計(jì)量比稱取并與熔鹽混合；混合后的物料再在1000～1100℃下燒結(jié)；燒結(jié)產(chǎn)物經(jīng)洗滌、干燥得鈦酸鈉單晶亞微米棒；

步驟(b)：以二氧化鈦、碳酸鈉、氧化鉍和鈦酸鈉單晶亞微米棒為反應(yīng)物，按化學(xué)式na0.5bi0.5tio3化學(xué)計(jì)量比稱取并與熔鹽混合；混合后的物料再在850～950℃下燒結(jié)1～6小時(shí)，燒結(jié)產(chǎn)物經(jīng)洗滌、干燥，即得。

更進(jìn)一步優(yōu)選的nbt亞微米棒的制備方法，包括以下步驟：

步驟(a)：第一步熔鹽法制備na2ti6o13單晶亞微米棒：

按化學(xué)通式na2ti6o13的化學(xué)計(jì)量比稱取碳酸鈉(na2co3)和二氧化鈦(tio2)粉末；再與熔鹽氯化鈉(nacl)粉末濕式球磨混合均勻，烘干后，混合粉末置于氧化鋁坩堝中，以3～8℃/min的升溫速率升溫至1000～1100℃高溫下，保溫1～3小時(shí)，所得產(chǎn)物經(jīng)水洗，烘干，即得；

濕式球磨采用的介質(zhì)為無水乙醇；

步驟(b)：第二步熔鹽法制備nbt亞微米棒：

按照化學(xué)通式na0.5bi0.5tio3的化學(xué)計(jì)量比稱取原料，

將na2ti6o13亞微米棒作為前驅(qū)體，稱取對(duì)應(yīng)的tio2、na2co3以及氧化鉍(bi2o3)與熔鹽nacl粉末濕式磁力攪拌混合均勻，烘干后，混合粉末置于氧化鋁坩堝中，以3～8℃/min的升溫速率升溫至850～950℃高溫下，保溫6小時(shí)，所得產(chǎn)物經(jīng)水洗，烘干，即得；

濕式磁力攪拌采用的介質(zhì)為無水乙醇。

所述的nbt亞微米棒的制備方程式如方程式(3)所示：

{na2ti6o13+0.5na2co3+1.5bi2o3}→6{na0.5bi0.5tio3}+0.5co2

方程式(3)

本發(fā)明還提供了一種所述的復(fù)合壓電鐵電材料的應(yīng)用，應(yīng)用于制備先進(jìn)傳感器、換能器、納米發(fā)電機(jī)、高能電容器器件。

本發(fā)明的有益效果：

(1)本發(fā)明首次提出制備棒狀的nbt-xst亞微米棒，且具有出人意料的壓電鐵電性能。

(2)nbt、nbt-0.10st多晶亞微米棒表現(xiàn)出蝴蝶狀振幅-電壓曲線，最大壓電響應(yīng)振幅達(dá)1.6nm；而nbt-0.26st多晶亞微米棒表現(xiàn)出豆芽狀振幅-電壓曲線，最大壓電響應(yīng)振幅達(dá)2.3nm。

(3)本發(fā)明還發(fā)現(xiàn)，在所述的兩步熔鹽制備過程的操作以及參數(shù)的控制下，可出人意料地制得具有優(yōu)異性能的棒狀形貌材料，且該制備方法操作簡(jiǎn)單、成本低、適用于大規(guī)模制備。

(4)本發(fā)明制備的nbt-xst亞微米棒，寬度為500nm～1μm、長(zhǎng)度為5～10μm，具有較大的長(zhǎng)徑比。

(5)本發(fā)明制備的nbt-xst亞微米棒，隨著x值的變化，亞微米棒展現(xiàn)出不同的鐵電特性，在微機(jī)電系統(tǒng)、納米發(fā)電機(jī)和能量存儲(chǔ)等領(lǐng)域可以得到廣泛的應(yīng)用。

附圖說明

圖1：(a)、(b)、(c)、(d)分別為實(shí)施例1制備的na2ti6o13單晶亞微米棒、實(shí)施例2制得的nbt多晶亞微米棒、實(shí)施例3制得的nbt-0.10st多晶亞微米棒和實(shí)施例4制得的nbt-0.26st多晶亞微米棒的xrd檢測(cè)結(jié)果。

圖2：(a)、(b)、(c)、(d)分別為實(shí)施例1制備的na2ti6o13單晶亞微米棒、實(shí)施例2制得的nbt多晶亞微米棒、實(shí)施例3制得的nbt-0.10st多晶亞微米棒和實(shí)施例4制得的nbt-0.26st多晶亞微米棒的掃描電鏡檢測(cè)結(jié)果。

圖3：為實(shí)施例4所述制備的nbt-0.26st多晶亞微米棒的haadf圖像和元素分布面掃圖。

圖4：(a)、(b)、(c)分別為實(shí)施例2、實(shí)施例3、實(shí)施例4所述制備的nbt、nbt-0.10st和nbt-0.26st多晶亞微米棒的壓電力顯微鏡檢測(cè)結(jié)果，包括振幅-電壓曲線和相位-電壓回線。

圖5：為實(shí)施例5制得的na2ti6o13單晶亞微米棒的sem圖；

圖6：為實(shí)施例6制得的na2ti6o13單晶亞微米棒的sem圖；

圖7：為實(shí)施例7制得的nbt-0.26st多晶亞微米棒的sem圖；

圖8：為實(shí)施例8制得的nbt-0.26st多晶亞微米棒的sem圖；

圖9：為對(duì)比例1制得的na2ti6o13的sem圖；

圖10：為對(duì)比例2制得的na2ti6o13的sem圖；

圖11：為對(duì)比例3制得的nbt-0.26st多晶亞微米棒的sem圖；

圖12：為對(duì)比例4制得的nbt-0.26st多晶亞微米棒的sem圖。

圖1可以看出所有制備的產(chǎn)物均為純相，不含有任何的雜質(zhì)。所制備的nbt、nbt-0.10st、nbt-0.26st均形成了均勻的固溶體。

圖2可以看出所制備na2ti6o13為單晶亞微米棒結(jié)構(gòu)，寬度為500nm～1μm、長(zhǎng)度約為10μm。所制備nbt-xst為多晶亞微米棒結(jié)構(gòu)，寬度為500nm～1μm、長(zhǎng)度為5～10μm，具有較大的長(zhǎng)徑比。

圖3可以看出5種元素sr²⁺，bi³⁺，na⁺，ti⁴⁺，o^2-均勻分布在晶須中，說明所制備的nbt-0.26st多晶亞微米棒為均勻的固溶體結(jié)構(gòu)。

圖4可以看出，nbt、nbt-0.10st多晶亞微米棒表現(xiàn)出蝴蝶狀振幅-電壓曲線，最大壓電響應(yīng)振幅達(dá)1.6nm；而nbt-0.26st多晶亞微米棒表現(xiàn)出豆芽狀振幅-電壓曲線，最大壓電響應(yīng)振幅達(dá)2.3nm。同時(shí)，與nbt、nbt-0.10st多晶亞微米棒相比，nbt-0.26st多晶亞微米棒的振幅-電壓曲線和相位-電壓回線都表現(xiàn)出了明顯更小的遲滯性。結(jié)果證明所制備nbt、nbt-0.10st多晶亞微米棒為正常鐵電體，而所制備nbt-0.26st多晶亞微米棒為弛豫鐵電體。其不同的鐵電特性使其在微機(jī)電系統(tǒng)、納米發(fā)電機(jī)和能量存儲(chǔ)等領(lǐng)域具有不同的應(yīng)用價(jià)值。

具體實(shí)施例

實(shí)施例1

第一步熔鹽法制備na2ti6o13單晶亞微米棒：

稱取2.650gna2co3粉末、11.975gtio2粉末與29.250gnacl粉末，以無水乙醇作為介質(zhì)，濕式球磨24h，均勻混合后，干燥，篩粉，將混合粉料置于氧化鋁坩堝中，以5℃/min的升溫速率升至1050℃(燒結(jié)溫度)，保溫2小時(shí)，保溫時(shí)間結(jié)束后，自然冷卻到室溫。將得到的產(chǎn)物用去離子水浸泡、抽濾、清洗，再放入80℃的干燥箱中干燥得到na2ti6o13單晶亞微米棒。

實(shí)施例2

第二步熔鹽法制備nbt多晶亞微米棒：

稱取2.710gna2ti6o13單晶亞微米棒(實(shí)施例1制得)、0.265gna2co3粉末、3.495gbi2o3粉末與12.940gnacl粉末，以無水乙醇作為介質(zhì)，磁力攪拌6h，均勻混合后，干燥，篩粉，將混合粉料置于氧化鋁坩堝中，以5℃/min的升溫速率升至900℃，保溫6小時(shí)，保溫時(shí)間結(jié)束后，自然冷卻到室溫。將得到的產(chǎn)物用去離子水浸泡、抽濾、清洗，再放入80℃的干燥箱中干燥得到nbt多晶亞微米棒。

實(shí)施例3

第二步熔鹽法制備nbt-0.10st多晶亞微米棒：

稱取2.435gna2ti6o13單晶亞微米棒(實(shí)施例1制得)、0.239gna2co3粉末、3.145gbi2o3粉末、0.443gsrco3粉末、0.240gtio2粉末與13.003gnacl粉末，以無水乙醇作為介質(zhì)，磁力攪拌6h，均勻混合后，干燥，篩粉，將混合粉料置于氧化鋁坩堝中，以5℃/min的升溫速率升至900℃，保溫2小時(shí)，保溫時(shí)間結(jié)束后，自然冷卻到室溫。將得到的產(chǎn)物用去離子水浸泡、抽濾、清洗，再放入80℃的干燥箱中干燥得到nbt-0.10st多晶亞微米棒。

實(shí)施例4

第二步熔鹽法制備nbt-0.26st多晶亞微米棒：

稱取2.018gna2ti6o13單晶亞微米棒(實(shí)施例1制得)、0.196gna2co3粉末、2.586gbi2o3粉末、1.152srco3粉末、0.623gtio2粉末與13.150gnacl粉末，以無水乙醇作為介質(zhì)，磁力攪拌6h，均勻混合后，干燥，篩粉，將混合粉料置于氧化鋁坩堝中，以5℃/min的升溫速率升至900℃(燒結(jié)溫度)，保溫2小時(shí)，保溫時(shí)間結(jié)束后，自然冷卻到室溫。將得到的產(chǎn)物用去離子水浸泡、抽濾、清洗，再放入80℃的干燥箱中干燥得到nbt-0.26st多晶亞微米棒。

實(shí)施例5

和實(shí)施例1相比，區(qū)別僅在于，燒結(jié)溫度為1000℃。得到na2ti6o13單晶亞微米棒。本實(shí)施例制得的材料的sem圖見圖5。寬度為500nm～1μm、長(zhǎng)度約為10μm。

實(shí)施例6

和實(shí)施例1相比，區(qū)別僅在于，燒結(jié)溫度為1100℃。得到na2ti6o13單晶亞微米棒。本實(shí)施例制得的材料的sem圖見圖6。寬度為500nm～1μm、長(zhǎng)度約為10μm。

實(shí)施例7

和實(shí)施例4相比，區(qū)別僅在于，在第二步熔鹽合成nbt-0.26st多晶亞微米棒中，燒結(jié)溫度為850℃。制得的材料呈亞微米棒；sem圖見圖7。

實(shí)施例8

和實(shí)施例4相比，區(qū)別僅在于，在第二步熔鹽合成nbt-0.26st多晶亞微米棒中，燒結(jié)溫度為950℃。制得的材料呈亞微米棒；sem圖見圖8。

對(duì)比例1

和實(shí)施例1相比，區(qū)別僅在于，燒結(jié)溫度為900℃。本對(duì)比例制得的材料的sem圖見圖9。由圖9可知，制得的na2ti6o13尺寸較小，在第二步熔鹽過程中，棒狀形貌易被損壞，難以維持。

對(duì)比例2

和實(shí)施例1相比，區(qū)別僅在于，在第一步熔鹽合成na2ti6o13單晶亞微米棒中，燒結(jié)溫度為1150℃，保溫2小時(shí)，得到的na2ti6o13的sem圖見圖10；由圖10可知，na2ti6o13十分粗大，尺寸不均且長(zhǎng)徑比小。

對(duì)比例3

和實(shí)施例4相比，區(qū)別在于，在第二步熔鹽合成nbt-0.26st多晶亞微米棒中，燒結(jié)溫度為800℃。本對(duì)比例制得的材料的sem圖見圖11，由圖可知，產(chǎn)物中仍存在少量表面光滑的單晶亞微米棒，為未反應(yīng)的na2ti6o13，證明溫度過低，不能使第二步反應(yīng)進(jìn)行完全。

對(duì)比例4

和實(shí)施例4相比，區(qū)別在于，在第二步熔鹽合成nbt-0.26st多晶亞微米棒中，燒結(jié)溫度為1000℃。得到的nbt-0.26st材料的sem圖見圖12；由圖12可知，不能維持住棒狀結(jié)構(gòu)。鐵電/壓電性能數(shù)據(jù)明顯差于實(shí)施例制得的材料。