[发明专利]一种Bi4Ti3O12纳米片的制备方法及产品

说明书

技术领域

本发明涉及钛酸铋材料的制备方法，尤其涉及一种Bi₄Ti₃O₁₂纳米片的制备方法及产品。

背景技术

众所周知，材料的结构与形貌对其物理和化学性能有着重要的影响，这也引发了人们对各种形貌结构的微纳米材料进行的大量研究。具有铁电、压电、热释电、电光以及非线性光学等性能的铁电材料也是一类重要的功能材料，其制备和性能的研究已成为当今的一个研究热点。

Bi₄Ti₃O₁₂具有较高的居里温度和极化强度，其铁电相变的居里温度为750℃，还具有较低的介电常数，机电耦合系数各向异性显著等诸多优点，在铁电存储器、压电传感器、热释电传感器和高介电电容器等微电子器件的制备上有着广泛的应用。

通常，Bi₄Ti₃O₁₂的制备多采用固相法，但制备的产物不仅团聚严重，而且难以控制合成的钛酸铋的形状。相对于固相反应法，溶胶-凝胶法、共沉淀法、水热法、熔盐法等湿化学方法或半湿化学方法，可以在较低的温度下实现钛酸铋的合成。其中利用水热法可以制备出具有规则刻面的Bi₄Ti₃O₁₂纳米片。

如胡正龙等(胡正龙，顾豪爽，胡永明，郑凯泓，袁颖，尤晶，Bi₄Ti₃O₁₂纳米片的水热合成与光致发光性能研究，功能材料，2006年增刊(37)卷)以Bi(NO₃)₃.·5H₂O和Ti(OC₄H₉)₄为原料，NaOH为矿化剂，聚乙二醇为模板剂，在200℃下水热反应12h得到了Bi₄Ti₃O₁₂纳米片。

但是以Bi(NO₃)₃为原料，通过水热法制备钛酸铋纳米粉体时，Bi(NO₃)₃发生水解反应生成BiONO₃，致使水热反应产物中存在大量的Bi₂O₃或焦绿石相Bi₂Ti₂O₇杂相，影响目标产物的纯度。

由于材料的结构与形貌对其物理和化学性能有着重要的影响，因此，制备具备不同形貌的Bi₄Ti₃O₁₂具有较大的应用意义。

发明内容

本发明提供了一种水热法制备Bi₄Ti₃O₁₂纳米片的方法，首次以柠檬酸铋铵为铋源，无需另外加入表面修饰剂，通过对反应条件的精确调控，制备得到了分散性较好的Bi₄Ti₃O₁₂纳米片，制备工艺简单、可控。

一种Bi₄Ti₃O₁₂纳米片的制备方法，包括以下步骤：

1)将钛酸四丁酯与有机溶剂混合得到溶液I，加入过量KOH进行水解反应，经后处理得到钛的羟基氧化物；

2)将柠檬酸铋铵、钛的羟基氧化物、KOH与水混合，搅拌均匀得到前驱体溶液Ⅱ；

所述前驱体溶液Ⅱ中KOH的浓度为2.5～3.5mol/L，柠檬酸铋铵的浓度为0.1～0.3mol/L，柠檬酸铋铵与钛的羟基氧化物的摩尔比为3.75～4.25:2.75～3.25；

3)步骤2)得到的前驱体溶液Ⅱ在150～300℃下水热反应6～48h，再经后续处理得到所述的Bi₄Ti₃O₁₂纳米片。

本发明中的水热反应在以聚四氟乙烯内胆，不锈钢套件密闭的反应釜中进行，作为优选，将所述的前驱体溶液加入反应釜后，反应釜的填充度为30～80％。

作为优选，步骤1)中，所述有机溶剂为乙二醇甲醚或乙醇，溶液I的浓度为0.4～0.7mol/L。

步骤1)中，KOH可以直接加入溶液I中；或者，先将KOH配置成浓度为1～3mol/L的KOH溶液，再与溶液I混合。