專利名稱：一種鈣鈦礦鈦酸鉛單晶納米片的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鈣鈦礦鈦酸鉛單晶納米片的制備方法，屬于無機非金屬材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鈦酸鉛(PbTiO3)是一種典型的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電氧化物，它的居里點高、介電常數(shù)小、熱釋電常數(shù)大，其在非揮發(fā)性鐵電存儲器、壓電傳感器、熱釋電敏感器和高介電電容器等微電子器件的制備上有著廣泛的應用。隨著電子器件小型化要求不斷提高，二維單分散的鐵電單晶材料越來越引起了關(guān)注。目前制備二維鈣鈦礦鐵電納米片的方法有聚焦離子電子束切割法(FBI法)及熔鹽一拓撲化學法等。截至目前為止，大規(guī)模的采用濕化學方法制備單分散的鐵電單晶納米片仍然較為困難，鈣鈦礦鈦酸鉛單晶納米片的報道很少。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡單，過程易于控制的鈣鈦礦鈦酸鉛的單晶納米片的濕化學制備方法。
本發(fā)明的鈣鈦礦鈦酸鉛單晶納米片的制備方法，包括以下工藝步驟1)將5mmol鈦酸四丁酯加入到IOmL的乙二醇單甲醚溶劑中，制得鈦的羥基氧化物沉淀，去離子水清洗；2)將步驟I)制備的鈦的羥基氧化物沉淀加入到濃度為6mol/L的氫氧化鉀礦化劑中， 200°C水熱反應12 h，依次用去離子水、乙醇清洗，烘干，制得K2Ti6O13納米線粉體；3)攪拌下，將八水醋酸鉛溶解到去離子水中，形成醋酸鉛水溶液，調(diào)節(jié)Pb2+的離子濃度為 O.145 O. 218mol/L ；4)攪拌下，將步驟2)制得的K2Ti6O13納米線粉體加入到步驟3)的醋酸鉛水溶液中，調(diào)節(jié)Ti2+的離子濃度為O. 145mol/L，獲得懸浮液；5)將步驟4)制得的懸浮液加入到氫氧化鈉礦化劑中，調(diào)節(jié)礦化劑氫氧化鈉的濃度為 O. 715^6. 428mol/L，攪拌至少30分鐘，然后放入反應釜內(nèi)膽中，用去離子水調(diào)節(jié)反應釜內(nèi)膽中的反應物料體積達到反應釜內(nèi)膽容積的1/3 4/5 ；6)將反應釜內(nèi)膽置于反應釜中，密閉，在10(T22(TC保溫廣96小時進行水熱處理，然后讓反應釜自然冷卻到室溫，卸釜后，用去離子水和質(zhì)量濃度為1%的硝酸反復洗滌反應產(chǎn)物，過濾、烘干，得到鈣鈦礦鈦酸鉛單晶納米片。
本發(fā)明中，所采用的鈦酸四丁酯、八水醋酸鉛、氫氧化鉀和氫氧化鈉等化學試劑的純度均不低于化學純。
本發(fā)明采用兩步水熱反應，以第一步水熱法合成的K2Ti6O13納米線粉體為先驅(qū)體，再以八水醋酸鉛為鉛源，氫氧化鈉為礦化劑，首次實現(xiàn)了鈣鈦礦鈦酸鉛單晶納米片的合成。本發(fā)明工藝過程簡單，易于控制，無污染，成本低，易于大規(guī)模生產(chǎn)；制得的鈣鈦礦鈦酸鉛單晶納米片純度高，分散性好。

圖I 是 K2Ti6O13 的 XRD 圖譜。
圖2是K2Ti6O13的掃描電鏡(SEM)照片；圖3是鈣鈦礦PbTiO3單晶納米片的XRD圖譜。
圖4是鈣鈦礦PbTiO3單晶納米片的掃描電鏡(SEM)照片。
具體實施方式
以下結(jié)合實施例對本發(fā)明方法作進一步詳細說明。
實施例I1)將5mmol鈦酸四丁酯加入到IOmL的乙二醇單甲醚溶劑中，制得鈦的羥基氧化物沉淀，去離子水清洗；2)將步驟I)制備的鈦的羥基氧化物沉淀加入到濃度為6mol/L的氫氧化鉀礦化劑中， 200°C水熱反應12 h，依次用去離子水、乙醇清洗，烘干，制得K2Ti6O13納米線粉體；K2Ti6O13的XRD圖譜見圖I，其衍射峰基本可以標定為單斜相的K2Ti6O13 (JCPDS 40-0403)。圖2為其SEM照片。
3)攪拌下，將八水醋酸鉛溶解到去離子水中，形成醋酸鉛水溶液，調(diào)節(jié)Pb2+的離子濃度為 O. 145mol/L ；4)攪拌下，將步驟2)制得的K2Ti6O13納米線粉體加入到步驟3)的醋酸鉛水溶液中，調(diào)節(jié)Ti2+的離子濃度為O. 145mol/L，獲得懸浮液；5)將步驟4)制得的懸浮液加入到氫氧化鈉礦化劑中，調(diào)節(jié)礦化劑氫氧化鈉的濃度為 O. 715mol/L，攪拌30分鐘，然后放入反應釜內(nèi)膽中，用去離子水調(diào)節(jié)反應釜內(nèi)膽中的反應物料體積達到反應釜內(nèi)膽容積的1/3 ；6)將反應釜內(nèi)膽置于反應釜中，密閉，在200°C保溫12小時進行水熱處理，然后讓反應釜自然冷卻到室溫，卸釜后，用去離子水和質(zhì)量濃度為1%的硝酸反復洗滌反應產(chǎn)物，過濾、 烘干，得到鈣鈦礦鈦酸鉛單晶納米片。
實施例21)將5mmol鈦酸四丁酯加入到IOmL的乙二醇單甲醚溶劑中，制得鈦的羥基氧化物沉淀，去離子水清洗；2)將步驟I)制備的鈦的羥基氧化物沉淀加入到濃度為6mol/L的氫氧化鉀礦化劑中， 200°C水熱反應12 h，依次用去離子水、乙醇清洗，烘干，制得K2Ti6O13納米線粉體；3)攪拌下，將八水醋酸鉛溶解到去離子水中，形成醋酸鉛水溶液，調(diào)節(jié)Pb2+的離子濃度為 O. 178mol/L ；4)攪拌下，將步驟2)制得的K2Ti6O13納米線粉體加入到步驟3)的醋酸鉛水溶液中，調(diào)節(jié)Ti2+的離子濃度為O. 145mol/L，獲得懸浮液；5)將步驟4)制得的懸浮液加入到氫氧化鈉礦化劑中，調(diào)節(jié)礦化劑氫氧化鈉的濃度為 5mol/L，攪拌30分鐘，然后放入反應釜內(nèi)膽中，用去離子水調(diào)節(jié)反應釜內(nèi)膽中的反應物料體積達到反應釜內(nèi)膽容積的1/3 ；6)將反應釜內(nèi)膽置于反應釜中，密閉，在200°C保溫12小時進行水熱處理，然后讓反應釜自然冷卻到室溫，卸釜后，用去離子水和質(zhì)量濃度為1%的硝酸反復洗滌反應產(chǎn)物，過濾、 烘干，得到鈣鈦礦鈦酸鉛單晶納米片。
鈣鈦礦鈦酸鉛單晶納米片的XRD圖譜見圖3，由圖可以看出所獲得的納米片為純的四方相鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，且與傳統(tǒng)的鈣鈦礦鈦酸鉛的XRD圖譜相比，其(001)衍射峰的強度是明顯高于(100)衍射峰強度的，其所獲得的納米片形貌圖見圖4，為單一的納米片，圖3和圖 4結(jié)合表明該方法所制備的鈣鈦礦鈦酸鉛單晶納米片純度高，分散性好。
實施例31)將5mmol鈦酸四丁酯加入到IOmL的乙二醇單甲醚溶劑中，制得鈦的羥基氧化物沉淀，去離子水清洗；2)將步驟I)制備的鈦的羥基氧化物沉淀加入到濃度為6mol/L的氫氧化鉀礦化劑中， 200°C水熱反應12 h，依次用去離子水、乙醇清洗，烘干，制得K2Ti6O13納米線粉體；3)攪拌下，將八水醋酸鉛溶解到去離子水中，形成醋酸鉛水溶液，調(diào)節(jié)Pb2+的離子濃度為 O. 218mol/L ；4)攪拌下，將步驟2)制得的K2Ti6O13納米線粉體加入到步驟3)的醋酸鉛水溶液中，調(diào)節(jié)Ti2+的離子濃度為O. 145mol/L，獲得懸浮液；5)將步驟4)制得的懸浮液加入到氫氧化鈉礦化劑中，調(diào)節(jié)礦化劑氫氧化鈉的濃度為 6. 428mol/L，攪拌至少30分鐘，然后放入反應釜內(nèi)膽中，用去離子水調(diào)節(jié)反應釜內(nèi)膽中的反應物料體積達到反應釜內(nèi)膽容積的4/5 ；6)將反應釜內(nèi)膽置于反應釜中，密閉，在120°C保溫24小時進行水熱處理，然后讓反應釜自然冷卻到室溫，卸釜后，用去離子水和質(zhì)量濃度為1%的硝酸反復洗滌反應產(chǎn)物，過濾、 烘干，得到鈣鈦礦鈦酸鉛單晶納米片。
權(quán)利要求
1.一種鈣鈦礦鈦酸鉛單晶納米片的制備方法，其特征在于包括以下工藝步驟1)將5mmol鈦酸四丁酯加入到IOmL的乙二醇單甲醚溶劑中，制得鈦的羥基氧化物沉淀，去離子水清洗；2)將步驟I)制備的鈦的羥基氧化物沉淀加入到濃度為6mol/L的氫氧化鉀礦化劑中， 200°C水熱反應12 h，依次用去離子水、乙醇清洗，烘干，制得K2Ti6O13納米線粉體；3)攪拌下，將八水醋酸鉛溶解到去離子水中，形成醋酸鉛水溶液，調(diào)節(jié)Pb2+的離子濃度為 O.145 O. 218mol/L ；4)攪拌下，將步驟2)制得的K2Ti6O13納米線粉體加入到步驟3)的醋酸鉛水溶液中，調(diào)節(jié)Ti2+的離子濃度為O. 145mol/L，獲得懸浮液；5)將步驟4)制得的懸浮液加入到氫氧化鈉礦化劑中，調(diào)節(jié)礦化劑氫氧化鈉的濃度為O.715^6. 428mol/L，攪拌至少30分鐘，然后放入反應釜內(nèi)膽中，用去離子水調(diào)節(jié)反應釜內(nèi)膽中的反應物料體積達到反應釜內(nèi)膽容積的1/3 4/5 ；6)將反應釜內(nèi)膽置于反應釜中，密閉，在10(T22(TC保溫廣96小時進行水熱處理，然后讓反應釜自然冷卻到室溫，卸釜后，用去離子水和質(zhì)量濃度為1%的硝酸反復洗滌反應產(chǎn)物，過濾、烘干，得到鈣鈦礦鈦酸鉛單晶納米片。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鈣鈦礦鈦酸鉛單晶納米片的制備方法，其特征是所述的鈦酸四丁酯、八水醋酸鉛、氫氧化鉀和氫氧化鈉的純度不低于化學純。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鈣鈦礦鈦酸鉛單晶納米片的制備方法，采用兩步水熱法首先以鈦酸四丁酯為先驅(qū)物，用乙二醇單甲醚制得鈦的羥基氧化物沉淀，以KOH為礦化劑，制得K2Ti6O13納米線粉體，然后以制得的K2Ti6O13納米線粉體為鈦源，以八水醋酸鉛為鉛源，NaOH為礦化劑，二次水熱處理，得到四方相的鈣鈦礦鈦酸鉛單晶納米片。本發(fā)明工藝過程簡單，易于控制，無污染，成本低，易于規(guī)?；僧a(chǎn)，制得的四方相鈣鈦礦鈦酸鉛單晶納米片結(jié)晶純度高，分散性好。
文檔編號C30B29/32GK102925979SQ20121044321
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月8日
發(fā)明者韓高榮, 鈔春英, 任召輝, 沈鴿 申請人:浙江大學