[发明专利]钛酸铋钠纳米花及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米花及制备方法，尤其是一种钛酸铋钠纳米花及其制备方法。

背景技术

钛酸铋钠作为铁电压电材料的无铅替代品是一种非常重要的ABO₃型钙钛矿结构的功能材料，目前在机械、电子、精密控制等领域有着广泛的应用。利用其介电性能，可制作陶瓷电容器；用作压电材料时，可制备成各种传感器、高温压电装置、压电换能器和驱动装置等。钛酸铋钠的纳米结构因其具有大的比表面而引起了科研工作者的广泛关注，人们为了探索和拓展其应用范围，作了一些尝试和努力，如在2004年11月出版的《电子元件及材料》第23卷第11期杂志中“水热法制备纳米Na_0.5Bi_0.5TiO₃粉体”一文曾公开了一种用水热法来制备纳米Na_0.5Bi_0.5TiO₃粉体的方法。该方法采用分析纯五水合硝酸铋为铋源，钛酸四丁酯为钛源，按两者间的摩尔比为1∶2的比例将其溶于乙醇中后再加入氨水，得到铋、钛的前驱物，之后，先向铋、钛的前驱物中加入氢氧化钠，再经加热、洗涤和干燥的步骤，而制得产物-钛酸铋钠粉体。但是，无论是产物，还是制备方法，均存在着不足之处，首先，产物的形貌为球形或立方形，而不是纳米花结构，尤为不是由纳米片组成的纳米花结构。这种球形或立方形的纳米级的钛酸铋钠，因其较低的介电常数和较高的介电损耗使其的铁电压电性能与传统的锆钛酸铅(PbTiO₃-PbZrO₃，简写为PZT)还有一定的差距；其次，制备方法既制作不出由纳米片组成的纳米花结构的钛酸铋钠，又未公开具体的制作工艺参数，更是使用了有机物乙醇作为溶剂，增加了制作的成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种由纳米片组成的纳米花状结构的钛酸铋钠纳米花。

本发明要解决的另一个技术问题为提供一种钛酸铋钠纳米花的制备方法。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：钛酸铋钠纳米花包括钛酸铋钠，特别是所述钛酸铋钠为球形花状，所述球形花由交叉站立着的纳米片组成，所述纳米片的长度为250～350nm、高度为50～150nm、厚度为5～15nm，其是由三角结构的单晶钙钛矿钛酸铋钠构成。

作为钛酸铋钠纳米花的进一步改进，所述的交叉站立着的纳米片垂直于球形花的球心；所述的纳米片为曲面状。

为解决本发明的另一个技术问题，所采用的另一个技术方案为：钛酸铋钠纳米花的制备方法包括水热法，特别是它是按以下步骤完成的：第一步，先向浓度为0.8～1.2M的柠檬酸水溶液中加入氨水调节pH为4.5～6.0后，再向其中加入钛酸四丁酯，并将其于50～70℃下搅拌5h以上，获得澄清溶液，其中，钛酸四丁酯与柠檬酸间的摩尔比为1∶2.5～3.5；第二步，先将五水合硝酸铋水溶液与澄清溶液相混合，并将其于80～100℃下搅拌30min以上，获得均匀、透明、粘稠状的混合溶液，其中，五水合硝酸铋与澄清溶液中的柠檬酸间的摩尔比为1∶2.5～3.5，再将氢氧化钠加入混合溶液中，并继续搅拌15min以上，获得合成溶液，其中，氢氧化钠与混合溶液中的柠檬酸间的摩尔比为20～30∶1；第三步，先将合成溶液置于温度为80～180℃下保温0～10h，获得带有沉淀物的反应溶液，再将反应溶液洗涤至呈中性，获得产物，之后，对产物干燥处理，制得钛酸铋钠纳米花。

作为钛酸铋钠纳米花的制备方法的进一步改进，所述的柠檬酸水溶液为将柠檬酸加入到温度≥60℃的水中配制而成；所述的五水合硝酸铋水溶液为将五水合硝酸铋加入到温度≥90℃的水中搅拌15min以上配制而成；所述的洗涤为用水或无水乙醇冲洗；所述的冲洗的次数为5～8次；所述的水为去离子水或蒸馏水；所述的干燥处理为于温度40～60℃下保温4～6h。