[发明专利]一种片状铌酸钠粉体的一步水热合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铌酸钠粉体的水热合成方法，尤其涉及一种具有片状的铌酸钠粉体的水热合成方法，属于碱金属铌酸盐功能材料领域。

 

背景技术

压电陶瓷是一种重要的功能材料，利用其压电效应和逆压电效应可实现机械能和电能的相互转化，已被广泛用于健康监测、智能传感、微型驱动和能量回收等领域。长期以来，锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷材料因其优异的电学性能和较高的居里温度，在压电陶瓷领域稳居主导地位。然而，PZT压电陶瓷含有大量的PbO（~60%），在制备和使用过程中不可避免地会对生态环境和生物健康造成威胁。近年来，人们环保意识的增强，使得铅基压电陶瓷的使用逐渐受到限制，国内外学者都在广泛的研究和发展环境友好型无铅压电陶瓷材料。

无铅压电陶瓷主要包括钛酸钡(BT)、钛酸铋钠(BNT)和铌酸钾钠(KNN)等，国内外众多学者通过改善粉体制备工艺和陶瓷烧结方法，选择合适的元素掺杂和调节化学计量比，以及构建多元复合体系等方法使得无铅压电陶瓷材料的发展取得了长足的进步。除了上述成分调节和制备方法的改进之外，通过反应模板生长法，使得陶瓷晶粒有取向的进行排列，获得织构化的压电陶瓷也是一种有效提高压电陶瓷性能的方法。[Y. Saito, H. Takao, T. Tani, T. Nonoyama, K. Takatori, T. Homma, Nature, 2004, 432, 84-87; C.W. Ahn, C.H. Choi, H.Y. Park, S. Nahm, S. Priya, J. Mater. Sci., 2008, 43, 6784–6797] 在织构陶瓷的制备中，反应模板的制备是一个至关重要的环节。一直以来，制备织构化无铅压电陶瓷所用的片状模板（主要包括BT和NN）都是通过熔盐法获得。[D. Liu, Y. K. Yan, H. P. Zhou, J. Am. Ceram. Soc., 2007, 90, 1323–1326; S. Shi, R. Z. Zuo, D.Y. Lv, J. Fu, Powder Technol. 2012, 217, 11–15; S. Shi, R. Z. Zuo, J. Alloys Comp., 2012, 525, 133–136]

 然而，采用熔盐法制备片状模板存在以下不足：（1）在熔盐法制备过程中，需要先合成片状的前驱体，再经过离子交换得到所需的目标产物，需要多步反应，工艺过程比较繁琐 [Anna Kikuchihara, Fumito Sakurai, Toshio Kimura. J. Am. Ceram. Soc., 2012, 95(5), 1556–1562] ；（2）反应过程和离子交换过程的不充分均会造成杂质的残留，降低片状模板的质量，从而降低织构陶瓷的性能 [Keisuke Ishii, Shinjiro Tashiro, J. Jpn. Appl. Phys., 2013, 52, 09KD04] ；（3）熔盐法一般都需要在较高的温度环境下进行，对能源的消耗过大，不宜进行规模化的生产[Yunfei Chang, Zupei Yang, Xiaolian Chao, Zonghuai Liu, Zenglin Wang. Mater. Chem. Phys., 2008, 111, 195–200]；（4）采用熔盐法制备片状模板都需要使用含Bi氧化物，其较强的挥发性和生物毒性违背了环境友好型压电材料的初衷[Miaohua Zhang, Huiqing Fan, Lei Chen, Chen Yang, J Alloys and Comp., 2009, 476, 847–853]。

片状铌酸钠粉体既可用于制备KNN织构陶瓷 [Ali Hussain, Jin Soo Kim, Tae Kwon Song, Myong Ho Kim, Won Jong Kim, Sang Su Kim, Curr. Appl. Phys. 2013, 13,1055-1059]，也可用于制备BT织构陶瓷 [A. Ngueteu Kamlo, P.M. Geffroy, M. Pham-Thi, P. Marchet, Mater Lett, 2013, 113, 149–151]，在织构陶瓷的制备中具有广泛的应用，其合成方法的创新有望进一步推动织构化无铅压电陶瓷的发展。

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