[发明专利]一种稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料，材料的化学通式为(Bi_1‑xM_x)_0.5Na_0.5TiO₃，其中0.005≤x≤0.03，其中M为Dy、Eu、Sm和Tm中的任意一种稀土元素；本发明还提供了上述材料的制备方法，包括以下步骤：按照(Bi_1‑xM_x)_0.5Na_0.5TiO₃中的化学计量比称取硝酸钠、硝酸铋、钛酸正四丁酯以及M的硝酸盐，并称取柠檬酸；将上述物质配制溶液，向柠檬酸溶液加入钛酸正四丁酯溶液，再加入硝酸钠溶液、硝酸铋溶液和M的硝酸盐溶液，搅拌得到白色透明溶胶；将白色透明溶胶烘干后升温热处理进行自蔓燃反应，得到脆性焦状物并研磨，最后将研磨后的粉末热处理得到稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料。本发明的制备方法工艺简单，条件温和，得到的材料环保无污染，制得的陶瓷致密性良好。

技术领域

本发明涉及无机材料技术领域，具体为一种稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的进步及发展，将材料的电学、光学以及磁学性能复合起来，开发出新型的多功能微型化器件已成为目前材料和器件发展的趋势。因此，开展以多功能铁电钙钛矿氧化物材料为基质，集机电、机光和光电于一体，实现多维度可控的新型铁电压电研究，具有重要的基础意义及应用价值。

其中，钛酸铋钠是一种具有钙钛矿结构的无铅铁电体，具有居里温度高、铁电性好等优点，被认为是一种非常具有发展其那里的无铅压电铁电陶瓷体系。但是由于钛酸铋钠中铋、钠等元素易挥发，要获得化学组成稳定并且致密的钛酸铋钠陶瓷非常困难。此外，在室温下，钛酸铋钠具有高的矫顽场和电导率，实现陶瓷的完全极化也较为困难。为了克服钛酸铋钠的缺点，需要对钛酸铋钠进行各类掺杂、改性。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术的不足，提供一种稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料及其制备方法，对钛酸铋钠进行稀土元素的掺杂，通过将溶胶-凝胶自蔓燃法制得，条件温和，工艺简单，时间少，成本低廉，得到的稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料制得的陶瓷性密度提高，致密性良好。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料，材料的化学通式为(Bi_1-xM_x)_0.5Na_0.5TiO₃，其中0.005≤x≤0.03，其中M为稀土元素。

优选的，M为Dy、Eu、Sm和Tm中的任意一种。

本发明还保护上述稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照(Bi_1-xM_x)_0.5Na_0.5TiO₃中的化学计量比称取硝酸钠、硝酸铋、钛酸正四丁酯以及M的硝酸盐，然后称取柠檬酸；

S2、将钛酸正四丁酯溶于乙二醇乙醚和乙酰丙酮的混合溶剂中搅拌得到钛酸正四丁酯溶液，将硝酸钠、硝酸铋和M的硝酸盐分别溶解得到硝酸钠溶液、硝酸铋溶液和M的硝酸盐溶液，将柠檬酸溶解并调节pH为7～9；

S3、向S2配制的柠檬酸溶液中加入钛酸正四丁酯的乙醇溶液，然后再加入硝酸钠溶液、硝酸铋溶液和M的硝酸盐溶液得到混合溶液，接着将混合溶液于60～80℃搅拌1～2h，得到白色透明溶胶；

S4、将S3得到的白色透明溶胶于140～160℃下烘干12～15h，得到干凝胶，然后将干凝胶升温到180～200℃热处理1～2h进行自蔓燃，得到脆性焦状物并研磨，最后将研磨后的粉末于500～650℃热处理1～2h得到稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料。

优选的，还包括以下步骤：