一種鈦酸鈣微米顆粒的制備方法技術

本發明專利技術公開了一種鈦酸鈣微米顆粒的制備方法，包括以下步驟：將鈦酸四丁酯溶于乙二醇甲醚中，混合均勻，然后再加入氨水溶液，形成沉淀，經過濾、洗滌，得到鈦的沉淀；將鈦的沉淀加入到硝酸鈣水溶液中，攪拌1～3h；之后加入氫氧化鉀水溶液再繼續攪拌1～3h，得到前軀體漿料；將前軀體漿料在150～230℃下密封保溫2～24h進行溶劑熱處理，之后經后處理得到鈦酸鈣微米顆粒。本發明專利技術中，成本低廉，過程易于控制，易于工業化生產。本發明專利技術得到的鈦酸鈣微米顆粒，其形貌獨特，為桿狀簇擁的結構，可用在微電子器件、電光器件、高介材料、氣敏材料、太空隔熱材料以及燃料電池等領域，具有廣闊的應用前景。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及無機非金屬材料
，具體涉及一種鈦酸鈣微米顆粒的制備方法。
技術介紹
鈦酸鈣室溫下是正交結構，空間群屬于Pbnm。隨著溫度升高，其對稱性逐漸升高，依次轉變為四方結構、立方結構。鈦酸鈣由于結構獨特、穩定好、易于合成并且具有生物相容性，對許多學科，包括地質學、固態化學、材料科學、電子工程和生物技術等)的基礎研究和實際應用都非常重要。傳統制備CaTiO3是采用固相反應法，此方法存在諸如溫度高、能耗大、顆粒尺寸不均、顯微結構不易控制、相不均一、有污染物等問題。為了克服固相反應法的諸多缺點，“軟化學法”被用來合成CaTiO3。軟化學法是一種在相對溫和條件下的制備工藝，它是相對于傳統的高溫固相“硬化學”而言的，是通過在溫和的反應條件下和緩慢的反應過程中，以可控的步驟一步步地進行化學反應，實現制備新材料的方法。用此方法可以合成組成特殊、形貌各異、性能優異的材料，這些性質是傳統的固相反應難以達到的。這些“軟化學方法”包括：溶膠-凝膠法、共沉淀法、燃燒法、有機-無機溶液技術、高能球磨法、有機物前軀體法、水熱\\溶劑熱法等。水熱/溶劑熱法也是鈣鈦礦氧化物納米材料尺寸控制非常有的效方法。水熱法是高溫、高壓下在水或蒸汽等流體中進行有關化學反應的總稱。基本原理是：高溫、高壓下一些氫氧化物在水中的溶解度大于對應的氧化物在水中的溶解度，于是氫氧化物溶于水中，同時析出氧化物；也可以將制備好的氫氧化物通過化學反應(如水解反應)在高溫、高壓下生成氧化物。由于水熱法直接生成氧化物，避免了在溶膠-凝膠法中的高溫處理這一可能形成硬團聚的步驟，所以合成的氧化物粉體具有分散性好、大小可控、團聚少、晶粒結晶性良好、晶面顯露完整等特點，晶格發育完整，有良好的燒結活性。溶劑熱是在水熱的基礎上，用其它有機溶劑替換水，采用有機溶劑作為反應介質，基本原理與水熱相同，是水熱法一重大改進。由于物理化學性能差別比較大，用有機溶劑代替水，能夠非常有效地控制合成產物的粒度和微觀形貌。
技術實現思路
本專利技術提供了一種鈦酸鈣(CaTiO3)微米顆粒的制備方法，成本低廉，過程易于控制。一種鈦酸鈣(CaTiO3)微米顆粒的制備方法，包括以下步驟：1)將鈦酸四丁酯溶于乙二醇甲醚中，混合均勻，然后再加入氨水溶液，形成沉淀，經過濾、洗滌，得到鈦的沉淀；2)將鈦的沉淀加入到硝酸鈣水溶液中，攪拌1～3h；之后加入氫氧化鉀水溶液再繼續攪拌1～3h，得到前軀體漿料；3)將前軀體漿料在150～230℃下密封保溫2～24h進行溶劑熱處理，之后經后處理得到鈦酸鈣(CaTiO3)微米顆粒。本專利技術中，以乙二醇甲醚為溶劑制備鈦的羥基氧化物沉淀以及硝酸鈣的水溶液作為反應原料，加入適量濃度的氫氧化鉀作為礦化劑，得到鈦酸鈣(CaTiO3)微米顆粒，具有等級結構，也稱等級結構CaTiO3微米顆粒，其形貌獨特，為桿狀簇擁的結構。步驟1)中，調節溶液中的Ti4+離子濃度為0.25～1.0mol/L，所述的鈦酸四丁酯的質量與乙二醇甲醚的體積之比為1.7～3.4g：10～25mL。所述的鈦酸四丁酯的質量與乙二醇甲醚的體積之比為1.7～3.4g：15mL。所述的鈦酸四丁酯的質量與氨水溶液的體積之比為1.7～3.4g：1～3mL。所述的鈦酸四丁酯的質量與氨水溶液的體積之比為1.7～3.4g：1.5mL。所述的氨水溶液的質量百分數為25％～35％，即氨水溶液中氨的質量百分數為25％～35％，進一步優選，所述的氨水溶液的質量百分數為30％。步驟2)中，所述的硝酸鈣水溶液由硝酸鈣和去離子水制成，其中，所述的硝酸鈣的質量與去離子水的體積為1.18～2.36g：3～8mL。進一步優選，所述的硝酸鈣的質量與去離子水的體積為1.18～2.36g：5mL。所述的硝酸鈣與鈦酸四丁酯的質量比為1.18～2.36：1.7～3.4。所述的氫氧化鉀水溶液由氫氧化鉀和去離子水制成，其中，所述的氫氧化鉀的質量與去離子水的體積為5.6～16.8g：10～25mL。進一步優選，所述的氫氧化鉀的質量與去離子水的體積為5.6～16.8g：15mL。所述的氫氧化鉀與鈦酸四丁酯的質量比為5.6～16.8：1.7～3.4。步驟3)中，將前軀體漿料在180～220℃下密封保溫8～16h進行溶劑熱處理。密封保溫在反應釜內膽中進行，所加的前軀體漿料的體積為反應釜內膽容積的70％～90％，反應釜內膽置于反應釜中。進一步優選，所加的前軀體漿料的體積為反應釜內膽容積的80％。所述的反應釜內膽為聚四氟乙烯內膽，所述的反應釜為不銹鋼套件密閉的反應釜。所述的后處理包括：自然冷卻、洗滌、過濾和烘干。與現有技術相比，本專利技術具有如下優點：本專利技術采用簡單的溶劑熱法制備了結晶性良好的等級結構CaTiO3微米顆粒，其形貌可以通過改變工藝參數進行調節。本專利技術的溶劑熱法所用設備簡單，工藝條件容易控制，制備的成本也比較低，易于工業化生產。本專利技術制備的等級結構CaTiO3微米顆粒在微電子器件、電光器件、高介材料、氣敏材料、太空隔熱材料以及燃料電池等領域具有廣闊的應用前景。附圖說明圖1是本專利技術實施例1制備的等級結構CaTiO3微米顆粒的SEM照片；圖2是本專利技術實施例1制備的等級結構CaTiO3微米顆粒的X射線衍射(XRD)圖譜。具體實施方式以下結合實施例進一步說明本專利技術方法。所說的鈦酸四丁酯、硝酸鈣、氫氧化鉀、乙二醇甲醚的純度均不低于化學純。實施例11)稱取1.70gTi(C4H9O)4，加入到15ml乙二醇甲醚中，磁力攪拌至溶解；2)攪拌狀態下，向步驟1)制備的溶液中加入1.5ml的質量濃度30％的氨水溶液，沉淀，過濾，洗滌，得到鈦的沉淀(即鈦的羥基氧化物沉淀)；3)稱取1.18gCa(NO3)2，加入到5ml去離子水中中，磁力攪拌至溶解；4)稱取5.6gKOH，加入到15ml去離子水中，磁力攪拌至溶解；5)將鈦的沉淀加入到步驟3)制備的Ca(NO3)2溶液中，磁力攪拌2h；再加入步驟4)制備的氫氧化鉀水溶液，再繼續磁力攪拌2h，得到前軀體漿料；6)將前軀體漿料加入反應釜內膽中，所加漿料的體積為反應釜內膽容積的80％；7)將裝有前軀體漿料的反應釜內膽置于反應釜中，密封，在200℃下保溫8小時進行溶劑熱處理，然后讓反應釜自然冷卻到室溫25℃，卸釜后，用去離子水反復洗滌反應產物，過濾、烘干，得到等級結構CaTiO3微米顆粒。圖1是本專利技術實施例1制備的等級結構CaTiO3微米顆粒的SEM照片；圖2是本專利技術實施例1制備的等級結構CaTiO3微米顆粒的X射線衍射(XRD)圖譜。表明得到的微米顆粒為CaTiO3，本專利技術得到等級結構CaTiO3微米顆粒為桿狀簇擁的結構。實施例21)稱取1.70gTi(C4H9O)4，加入到15ml乙二醇甲醚中，磁力攪拌至溶解；2)攪拌狀態下，向步驟1)制備的溶液中加入1.5ml的質量濃度30％的氨水溶液，沉淀，過濾，洗滌，得到鈦的沉淀；3)稱取1.18gCa(NO3)2，加入到5ml去離子水中中，磁力攪拌至溶解；4)稱取16.8gKOH，加入到15ml去離子水中，磁力攪拌至溶解；5)將鈦的沉淀加入到步驟3)制備的溶液中，磁力攪拌2h；再加入步驟4)制備的氫氧化鉀水溶液，再繼續磁力攪拌3h，得到前軀體漿料；6)將前軀體漿料加入反應釜內膽中，所加漿料的體積本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鈦酸鈣微米顆粒的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：1)將鈦酸四丁酯溶于乙二醇甲醚中，混合均勻，然后再加入氨水溶液，形成沉淀，經過濾、洗滌，得到鈦的沉淀；2)將鈦的沉淀加入到硝酸鈣水溶液中，攪拌1～3h；之后加入氫氧化鉀水溶液再繼續攪拌1～3h，得到前軀體漿料；3)將前軀體漿料在150～230℃下密封保溫2～24h進行溶劑熱處理，之后經后處理得到鈦酸鈣微米顆粒。

【技術特征摘要】
1.一種鈦酸鈣微米顆粒的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：1)將鈦酸四丁酯溶于乙二醇甲醚中，混合均勻，然后再加入氨水溶液，形成沉淀，經過濾、洗滌，得到鈦的沉淀；2)將鈦的沉淀加入到硝酸鈣水溶液中，攪拌1～3h；之后加入氫氧化鉀水溶液再繼續攪拌1～3h，得到前軀體漿料；3)將前軀體漿料在150～230℃下密封保溫2～24h進行溶劑熱處理，之后經后處理得到鈦酸鈣微米顆粒。2.根據權利要求1所述的鈦酸鈣微米顆粒的制備方法，其特征在于，步驟1)中，所述的鈦酸四丁酯的質量與乙二醇甲醚的體積之比為1.7～3.4g：10～25mL。3.根據權利要求1所述的鈦酸鈣微米顆粒的制備方法，其特征在于，步驟1)中，所述的鈦酸四丁酯的質量與氨水溶液的體積之比為1.7～3.4g：1～3mL。4.根據權利要求1所述的鈦酸鈣微米顆粒的制備方法，其特征在于，步驟1)中，所述的氨水溶液的質量百分數為25％～35％。5.根據權利要求1所述的鈦酸鈣微米顆粒的制備方法，其特征在于，步驟2)中，所述的硝酸鈣水溶液由硝酸鈣和去離子水制成，其中，所述的硝酸鈣的質量與...

【專利技術屬性】
技術研發人員：魏曉，吳詩嫣，裴靜遠，孟杰，李吉學，張澤，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：浙江;33