[发明专利]具有可控微纳结构的钛酸钙粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有可控微纳结构的钛酸钙粉体的制备方法，属于无机非金属材料技术领域。

背景技术

随着科技的飞速发展，人们的生活水平快速提升，家用汽车使用量的剧增虽然给经济带来巨大利益，但同时也对人们的出行安全造成了威胁。根据安全文化网统计，中国每5分钟就有一人因为车祸受伤或者死亡，如此多的病人对我国的骨骼临床医学的发展是一个严峻的考验。目前，医院中所使用的骨替代品基本都是钛合金，为了使其生物相容性更好，对钛合金表面修饰的研究就变得很重要。仿照生物体骨骼的组成，修饰材料一般为磷酸钙类。

钙钛矿型材料由于其结构的稳定性和元素灵活性受到研究者们的广泛关注，随着各种新元素组成或者新形貌结构的钙钛矿型材料的出现，它们的应用已经从传统的功能电子材料扩展到了诸如半导体发光材料、杂化太阳能电池、光催化材料等多个领域。钛酸钙作为一种钙钛矿材料，具有应钛合金表面修饰材料的潜力，但是目前对其制备和性能研究较少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本低、产物纯度高、过程易于操作的具有可控微纳结构的钛酸钙粉体的制备方法。

本发明的具有可控微纳结构的钛酸钙粉体的制备方法，包括以下步骤：

1）将钛酸四丁酯溶解于乙二醇甲醚中，配制浓度为1~2.5mmol/mL的钛酸四丁酯乙二醇甲醚溶液，在搅拌状态下滴加氨水，使形成凝胶，用去离子水将所得的凝胶清洗至中性，得到钛前驱体凝胶；

2）将与步骤1）中等摩尔量的四水合硝酸钙溶解于去离子水，配制浓度为0.5~1mmol/mL的四水合硝酸钙水溶液；

3）搅拌状态下，在步骤2）所得四水合硝酸钙水溶液中加入氧化石墨烯水溶液，氧化石墨烯与四水合硝酸钙摩尔比为1：120，得到混合溶液；

4）搅拌状态下，将步骤1）所得的钛前驱体凝胶加入到步骤3）所得混合溶液中，得到悬浊液；

5）在步骤4）所得悬浊液中加入氢氧化钾水溶液，使氢氧化钾与四水合硝酸钙的摩尔比为7：1~22：1；

6）将步骤5）的悬浊液加入反应釜内胆中，用去离子水调节反应釜内胆中液体体积达到内胆容积的4/5~7/8，将反应釜内胆置于反应釜中，在120℃下保温10h后，自然冷却至室温，将得到的产物用去离子水洗涤至中性，再用无水乙醇洗涤，在60~80℃干燥。

本发明中所述的钛酸四丁酯(TBOT)、氨水、乙二醇甲醚、四水合硝酸钙、氧化石墨烯溶液和氢氧化钾的纯度均不低于化学纯。所述的反应釜是聚四氟乙烯内胆，不锈钢套件密闭的反应釜。

本发明通过水热法得到了具有不同微纳结构的钛酸钙粉体。本发明中反应体系碱浓度的调控对产物的结构形貌具有决定性作用，氧化石墨烯对产物的尺寸有影响，促进了组成微纳结构的钛酸钙微米片的生长。这种制备方法操作简单，产物纯度和结晶度较高，分散性较好。

附图说明

图1是加入4g氢氧化钾时所得钛酸钙微纳结构的X射线衍射图谱；

图2是加入4g氢氧化钾时所得钛酸钙微纳结构的扫描电子显微镜照片；

图3是加入6g氢氧化钾时所得钛酸钙微纳结构的X射线衍射图谱；

图4是加入6g氢氧化钾时所得钛酸钙微纳结构的扫描电子显微镜照片。

具体实施方法

以下结合实施例进一步说明本发明方法

实施例1

1）将5mmol钛酸四丁酯溶解于2mL乙二醇甲醚中，在搅拌状态下滴加氨水，使形成凝胶，用去离子水将所得的凝胶清洗至中性，得到钛前驱体凝胶；

2）将5mmol四水合硝酸钙溶解于10mL去离子水中得到四水合硝酸钙水溶液；

3）搅拌状态下，在步骤2）所得四水合硝酸钙水溶液中加入10mL浓度为0.05mg/mL的氧化石墨烯水溶液；

4）搅拌状态下，将步骤1）所得的钛前驱体凝胶加入到步骤3）所得混合溶液中，得到悬浊液；

5）在步骤4）所得悬浊液中加入5mL含有2g氢氧化钾的水溶液；

6）将步骤5）的悬浊液加入反应釜内胆中，用去离子水调节反应釜内胆中液体体积到内胆容积的4/5，将反应釜内胆置于反应釜中，在120℃下保温10h后，自然冷却至室温，将得到的产物用去离子水洗涤至中性，再用无水乙醇洗涤2次，在70℃干燥，得到具有一些台阶的立方状钛酸钙，这种微纳结构的平均尺寸约为5μm。

实施例2

1）将5mmol钛酸四丁酯溶解于3mL乙二醇甲醚中，在搅拌状态下滴加氨水，使形成凝胶，用去离子水将所得的凝胶清洗至中性，得到钛前驱体凝胶；