[发明专利]一种二元共掺BST微纳粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，涉及具有钙钛矿结构的BST微纳粉体的制备方法。

背景技术

现有的微波器件综合介电性能难以提高，进而难以满足诸如通信、航空航天及军事等领域的高要求，因此，研发综合性能优异的调谐材料至关重要。BST作为一种极具希望的微波调谐材料，近10年来一直成为一个研究重点。

但是，BST的固有局限性制约其优异介电性能的发挥及应用。BST的固有局限性表现在：铁电相时介电调谐率和介电损耗均较高，顺电相时两者均较低，进而调谐率与损耗之比值很难提高。多年来人们通过成分优化、结构改进、工艺改善等研究，其介电性能仍难以突破，难以满足应用需要。

Sol-gel法是一种廉价而方便的制备BST微纳粉体的有效方法，但是，溶胶在烘干成凝胶过程中特别是初期，由于溶胶的热稳定性差而析出沉淀使凝胶不纯，进而使烧结后的BST微纳粉体含有杂相，显著降低BST的介电性能。

发明内容

针对常规Sol-gel法所制备的BST粉体过程中因溶胶稳定性低在加热烘烤过程中快速沉淀而得不到均匀稳定纯净的凝胶，进而在烧结过程中得不到全钙钛矿结构的BST微纳粉体的技术问题，本发明提供了一种二元共掺BST微纳粉体的制备方法。本发明对BST进行二元共掺并在BST溶胶的制备过程中添加柠檬酸，使二元共掺BST溶胶在形成凝胶的过程中稳定性、均一性得到大幅度提高，从而获得纯度更高的凝胶，经过烧结后获不含杂相的BST微纳粉体，使其介电性能大幅度提高，从而实现在微波调谐器件领域的应用。

本发明技术方案如下：

一种二元共掺BST微纳粉体的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1：制备BST(钛酸锶钡)溶胶。

采用Ba(钡)和Sr(锶)的前驱体溶于热冰醋酸中形成钡锶前驱液，将钛酸丁酯与乙酰丙酮混合形成钛前驱液，再将钡锶前驱液和钛前驱液混合，同时加入相当于Ti摩尔用量的0.25～1.25％的柠檬酸，然后采用冰醋酸调节混合溶液PH值至3～4之间，最后用乙二醇甲醚定容得到0.2～0.4M的BST溶胶，其中Ba、Sr和Ti的摩尔比为x∶(1-x)∶(1+y)，0＜x＜1，0≤y≤0.25。所述Ba和Sr的前驱体为Ba和Sr的醋酸盐或硝酸盐；所述乙酰丙酮的用量为钛酸丁酯摩尔量的1.5～2.5倍。

步骤2：分别配制Mn、Ce或Y掺杂前驱液。

将Mn、Ce或Y前驱体分别溶于热冰醋酸中，分别采用冰醋酸调节PH值至3～4之间，最后用乙酰丙酮和乙二醇甲醚的混合溶剂定溶，分别得到0.04～0.1M的Mn、Ce或Y掺杂前驱液。

步骤3：选择步骤2所得Mn、Ce或Y掺杂前驱液中的两种掺杂前驱液与步骤1所得的BST溶胶混合，其中每种掺杂前驱液中前驱体与BST溶胶中Ti的摩尔比为0.5∶100～5∶100之间；然后搅拌下将混合体系加热至不超过80℃，得到二元掺杂的BST溶胶。

步骤4：将步骤3所得二元掺杂的BST溶胶在80～120℃下烘干成为凝胶；然后将凝胶在950～1150℃下烧结180～240分钟，随后自然冷却得到二元共掺的BST微纳粉体。

需要说明的是：

1、步骤4在凝胶烘干后、烧结前若将凝胶先碾磨成粉体再烧结，最终所获得的二元共掺的BST微纳粉体粒径更加均匀。

2、本发明提供的二元共掺BST微纳粉体的制备方法，所得到的二元共掺BST微纳粉体有锰铈共掺BST微纳粉体、锰钇共掺BST微纳粉体或铈钇共掺BST微纳粉体。若制备锰铈或锰钇共掺BST微纳粉体，步骤4中的烧结温度为950℃～1150℃；若制备铈钇共掺BST微纳粉体，步骤4中的烧结温度为750～850℃。

3、本发明在步骤1配制BST溶胶时，加入了起稳定分散作用的柠檬酸，能够防止从溶胶到凝胶的过程中的沉淀现象，从而获得稳定均匀的凝胶，最终烧结后获得纯度更高的BST粉体。该方法克服了常规BST溶胶的不稳定性，发挥微纳晶的非线性效应和大量晶界的“钉扎效应”，显著抑止极化反转造成的高损耗等缺陷，使BST粉体的综合介电性能大幅度提高，从而更加适合于制作微波调谐器件。