一種化學沉淀法制備Bi0.5Na0.5TiO3的方法與流程

本發明涉及壓電材料中bi0.5na0.5tio3制備技術領域，具體涉及一種化學沉淀法制備bi0.5na0.5tio3的方法。

背景技術：

壓電材料在傳感器、換能器、驅動器中有著廣泛的應用，特別是鋯鈦酸鉛[pb(zr,ti)o3·pzt]基的壓電材料，由于其優良的壓電性能而被廣泛應用。但是，該類材料中含有大量含鉛的氧化物，容易造成環境中鉛污染，極大的限制了該類壓電材料的應用與發展。因此，開發新的無鉛壓電材料代替含鉛壓電材料，成為壓電材料技術領域研究的熱點。

bi0.5na0.5tio3(bnt)是一種具有鈣鈦礦結構的鐵電材料，由于具有大的剩余極化(pr＝38uc/cm²)和高的居里轉化溫度(tc＝320℃)，被認為是最有希望替代pzt壓電材料的無鉛材料之一。目前，bi0.5na0.5tio3粉體的常用制備方法有固相法、溶膠-凝膠法、水熱法等。固相反應法，即將反應的原料球磨混合均勻，通過長時間的高溫熱處理制備出bi0.5na0.5tio3粉體，是應用最為廣泛的方法(matersci[j],2015,50:5328–5336)，但該方法制備出的粉體材料粒徑較大、活性低、比表面積小、容易發生成分偏析。溶膠-凝膠法制備的bi0.5na0.5tio3粉體化學成分均一、粒徑較小(nanotechnology,2004,15:777–780)，但是工藝流程較為復雜，產率較低。水熱合成法可以制備出粒徑較小、不同形貌的bi0.5na0.5tio3粉體(mater.chem[j],2009,19:2253–2258)，但是該方法在合成過程中需要采用高濃度的氫氧化鈉溶液、保溫時間長、產率低。

技術實現要素：

有鑒于此，很有必要提出一種化學沉淀法制備bi0.5na0.5tio3的方法。

一種化學沉淀法制備bi0.5na0.5tio3的方法，包括以下步驟：

制備bi的前驅體溶液：將bi(no3)3·5h2o加入至稀硝酸溶液中，攪拌至完全溶解后得到bi的前驅體溶液；

添加h2tio3模板：將得到的bi的前驅體溶液持續攪拌條件下，加入h2tio3，得到均勻混合的a溶液；

添加沉淀劑：將所述均勻混合的a溶液持續攪拌條件下，加入尿素水溶液，得到b溶液；

添加na2co3溶液：將所述混合b溶液持續攪拌條件下，加入na2co3水溶液，得到c溶液；

干燥：將得到的c溶液靜置老化后，干燥至呈塊狀小顆粒；

煅燒：進一步將干燥后的塊狀小顆粒煅燒，得到目標bi0.5na0.5tio3粉體。

優選的，在所述制備bi的前驅體溶液中，所述bi(no3)3·5h2o與稀硝酸的物質的量之比為(0.25～1.25)：1。

優選的，在所述制備bi0.5na0.5tio3步驟中，各物質的加入量比例關系滿足bi(no3)3·5h2o的物質的量：h2tio3的物質的量：尿素的物質的量：na2co3的物質的量為(0.5～2)：(1～1.5)：(1～10)：(0.5～30)。

優選的，所述干燥步驟中靜置老化時間為1～48h。

優選的，所述煅燒步驟中的煅燒溫度為560～670℃，煅燒時間為0.5～8h。

優選的，在所述制備bi0.5na0.5tio3步驟中，各物質的加入量比例關系滿足bi(no3)3·5h2o的物質的量：h2tio3的物質的量：尿素的物質的量：na2co3的物質的量為1.5:3:17:5。

本發明的技術效果為：采用化學沉淀法制備bi0.5na0.5tio3，以bi(no3)3·5h2o、na2co3和h2tio3作為合成bi0.5na0.5tio3粉體的原料，以尿素溶液作為沉淀劑，先將bi(no3)3·5h2o加入至稀硝酸溶液中，溶解得到含bi³⁺的前驅體溶液，接著在bi³⁺的前驅體溶液中加入h2tio3，得到bi(no3)3與h2tio3的混合溶液，再將尿素溶液緩慢添加至bi(no3)3與h2tio3的混合溶液中，尿素溶液與bi(no3)3反應生成bi2co5在h2tio3溶液中生成沉淀，再將na2co3溶液添加至混合溶液中，得到進一步沉淀物，然后對沉淀物進行干燥、煅燒，生成bi0.5na0.5tio3粉體。

本發明采用尿素溶液作為沉淀劑，尿素溶液能夠與bi(no3)3·5h2o的水解產物反應生成bi2co5，使得bi³⁺更容易與h2tio3溶液中生成沉淀。同時使用尿素作沉淀劑更容易通過控制溫度來控制溶液的酸堿度，從而控制反應速率，使得沉淀生成的更均勻。

結合上述，本方法制備出的bi0.5na0.5tio3粉體純度高，通過xrd圖譜和tem照片分析，制備的粉體顆粒結晶度好，晶粒尺寸小，產量在96％以上，同時制備過程是一個簡單的混合、干燥、煅燒過程，工藝簡單、條件溫和、易于控制。

附圖說明

圖1是一較佳實施例制備的bi0.5na0.5tio3的xrd圖譜。

圖2是一較佳實施例制備的bi0.5na0.5tio3的tem照片。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步說明，以下實施例旨在說明本發明而不是對本發明的進一步限定，不應以此限制本發明的保護范圍。

一種化學沉淀法制備bi0.5na0.5tio3的方法，包括以下步驟：

1)將bi(no3)3·5h2o加入至稀硝酸溶液中，攪拌至完全溶解后得到含bi³⁺的前驅體溶液，所述bi(no3)3·5h2o與稀硝酸的物質的量之比為(0.25～1.25)：1；

2)將得到的bi的前驅體溶液持續攪拌條件下，加入h2tio3，得到均勻混合的a溶液；

3)將所述均勻混合的a溶液持續攪拌條件下，加入尿素水溶液，得到b溶液；尿素溶液能夠與bi(no3)3·5h2o的水解產物反應生成bi2co5，使得bi³⁺更容易與h2tio3生成沉淀，同時使用尿素作沉淀劑更容易通過控制溫度來控制溶液的酸堿度，從而控制反應速率，使得沉淀反應更均勻；

4)將所述混合b溶液持續攪拌條件下，加入na2co3水溶液，得到c溶液，各物質的加入量比例關系滿足bi(no3)3·5h2o的物質的量：h2tio3的物質的量：尿素的物質的量：na2co3的物質的量為(0.5～2)：(1～1.5)：(1～10)：(0.5～30)，各物質的加入量比例也可滿足bi(no3)3·5h2o的物質的量：h2tio3的物質的量：尿素的物質的量：na2co3的物質的量的比例為(1.5～6)：(3～4.5)：(3～30)：(1.5～90)；

5)將得到的c溶液靜置老化后，干燥至呈塊狀小顆粒，靜置老化時間為1～48h；

6)進一步將干燥后的塊狀小顆粒在560～670℃煅燒0.5～8h，得到目標bi0.5na0.5tio3粉體。

具體實施例1：

其中mm為毫摩爾

將0.75mmbi(no3)3·5h2o加入到1.0ml1.0mol/lhno3中，并攪拌至完全溶解；

持續攪拌條件下，繼續加入1.5mmh2tio3，得到均勻混合a溶液；

持續攪拌條件下，將5.0ml1.7mol/l尿素水溶液緩慢滴加到a溶液中，得到b溶液；

持續攪拌條件下，將5.0ml0.5mol/lna2co3水溶液緩慢滴加到b溶液中，得到c溶液；

將c溶液靜置老化48h后，干燥至呈塊狀小顆粒；

進一步將干燥后的塊狀小顆粒在610℃下煅燒1h時間，得到目標bi0.5na0.5tio3粉體，產率98％以上。

參見圖1，由xrd圖譜的衍射峰值來看產物中無bi0.5na0.5tio3粉體以外雜質相的出現。

參見圖2，由tem照片可以看出bi0.5na0.5tio3粉體結晶完整，形貌均一。

具體實施例2：

將1.25mmbi(no3)3·5h2o加入到1.0ml1.0mol/lhno3中，并攪拌至完全溶解；

持續攪拌條件下，繼續加入2.50mmh2tio3，得到均勻混合a溶液；

持續攪拌條件下，將5.0ml1.0mol/l尿素水溶液緩慢滴加到a溶液中，得到b溶液；

持續攪拌條件下，將1.0ml1.25mol/lna2co3水溶液緩慢滴加到b溶液中，得到c溶液；

將c溶液靜置老化24h后，干燥至呈塊狀小顆粒；

進一步將干燥后的塊狀小顆粒在610℃下煅燒6h時間，得到目標bi0.5na0.5tio3粉體，產率95％以上。

具體實施例3：

將2.0mmbi(no3)3·5h2o加入到8.0ml1.0mol/lhno3中，并攪拌至完全溶解；

持續攪拌條件下，繼續加入1.5mmh2tio3，得到均勻混合a溶液；

持續攪拌條件下，將10ml1.0mol/l尿素水溶液緩慢滴加到a溶液中，得到b溶液；

持續攪拌條件下，將15ml2.0mol/lna2co3水溶液緩慢滴加到b溶液中，得到c溶液；

將c溶液靜置老化24h后，干燥至呈塊狀小顆粒；

進一步將干燥后的塊狀小顆粒在560℃下煅燒8h時間，得到目標bi0.5na0.5tio3粉體。

具體實施例4：

將0.5mmbi(no3)3·5h2o加入到2.0ml1.0mol/lhno3中，并攪拌至完全

溶解；

持續攪拌條件下，繼續加入1.5mmh2tio3，得到均勻混合a溶液；

持續攪拌條件下，將2.0ml5.0mol/l尿素水溶液緩慢滴加到a溶液中，得到b溶液；

持續攪拌條件下，將6.0ml5.0mol/lna2co3水溶液緩慢滴加到b溶液中，

得到c溶液；

將c溶液靜置老化24h后，干燥至呈塊狀小顆粒；

進一步將干燥后的塊狀小顆粒在670℃下煅燒1h時間，得到目標bi0.5na0.5tio3粉體，產率95％以上。

具體實施例5：

將2mmbi(no3)3·5h2o加入到2.0ml1.0mol/lhno3中，并攪拌至完全溶解；

持續攪拌條件下，繼續加入1mmh2tio3，得到均勻混合a溶液；

持續攪拌條件下，將1.0ml1.0mol/l尿素水溶液緩慢滴加到a溶液中，得到b溶液；

持續攪拌條件下，將0.5ml1mol/lna2co3水溶液緩慢滴加到b溶液中，得到c溶液；

將c溶液靜置老化1h后，干燥至呈塊狀小顆粒；

進一步將干燥后的塊狀小顆粒在670℃下煅燒0.5h時間，得到目標bi0.5na0.5tio3粉體，產率90％以上。

具體實施例6：

將0.5mmbi(no3)3·5h2o加入到2.0ml1.0mol/lhno3中，并攪拌至完全溶解；

持續攪拌條件下，繼續加入1mmh2tio3，得到均勻混合a溶液；

持續攪拌條件下，將2ml0.5mol/l尿素水溶液緩慢滴加到a溶液中，得到b溶液；

持續攪拌條件下，將1.0ml0.5mol/lna2co3水溶液緩慢滴加到b溶液中，得到c溶液；

將c溶液靜置老化24h后，干燥至呈塊狀小顆粒；

進一步將干燥后的塊狀小顆粒在610℃下煅燒1h時間，得到目標bi0.5na0.5tio3粉體，產率90％以上。