[发明专利]一种低温晶相转化制备钛酸盐或钛基复合氧化物材料的方法

说明书

本发明为一种低温晶相转化制备钛酸盐或钛基复合氧化物材料的方法。该方法包括如下步骤：(1)将Ti(SO₄)₂·9H₂O溶解在乙醇中，再加入H₂O₂，制得TiO₂材料；(2)将所制得TiO₂分散于NaOH溶液中，然后加入M元素的可溶性盐，制得混合物悬浊液；(3)将所得悬浊液在25～80℃、密闭条件下恒温晶相转化1‑24h，最后冷却；即得钛酸盐或钛基复合氧化物材料。本发明合成工艺操作方法简单、反应条件温和，即使室温下也可以转化合成，节能环保且稳定性好。所制备材料的组成比例可以通过简单调控添加M组分的多少进行调控，方法简单易行。

技术领域

本发明涉及一种低温晶相转化制备钛酸盐及钛基复合氧化物材料的方法，属于功能材料技术领域。

背景技术

钛酸盐是一种具有典型钙钛矿ABO₃结构的氧化物材料，具有热稳定性好、介电损耗低、介电常数高等特点，广泛应用于陶瓷功能工业、电子、和机械领域中。钛酸盐主要的制备方法有高温固相反应合成法、溶胶-凝胶法、水热法等。前两种方法中，即使溶胶-凝胶法煅烧温度较低也需要达到700℃左右，高温不但能源消耗大、生产成本高，制备工艺安全性差，还容易引起材料严重团聚。低温液相合成具有方法简单、产品的化学组成容易控制等优点，尽管水热法所需温度相对较低，但直接合成钛酸盐的晶化温度也远远超过100℃，且需要在压力容器中进行。TiO₂晶相转化合成钛酸盐材料方法已有报道(高等学校化学学报，2011,32,2490)，即使采用纳米TiO₂纤维为前驱体也需要150℃条件下，1M的NaOH溶液中处理24h制得SrTiO₃。该方法普遍接受“溶解-结晶”机制，故而前驱体TiO₂结构越疏松对转化反应进行越有利。此外，多数已报道的合成工艺相对复杂、生产成本高、几乎很难实现大规模化生产。故而开发一种能在低温甚至室温下简单、稳定地合成钛酸盐以及钛基复合氧化物材料的方法，对钙钛矿型氧化物的理论研究及工业应用具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的为针对当前技术中存在的不足，提供了一种低温晶相转化合成钛酸盐及钛基复合氧化物材料的方法。本发明的方法以无机钛盐为钛源乙醇热晶化合成TiO₂；然后在碱性体系中低温晶相转化合成钛酸盐材料。通过控制晶相转化过程中向体系添加M元素的物质的量以及种类，调控所制备材料中钛酸盐的比例，从而制得钛酸盐或钛基复合氧化物材料。本发明操作简便、稳定易控。

本发明的技术方案为：

一种低温晶相转化制备钛酸盐或钛基复合氧化物材料的方法，该方法包括如下步骤：

(1)将Ti(SO₄)₂·9H₂O溶解在乙醇中，再加入H₂O₂，将混合液搅拌5～30分钟，升温至90～120℃，晶化2-24h，制得TiO₂材料；

其中，Ti(SO₄)₂·9H₂O乙醇溶液的浓度为5～100g/L；H₂O₂的体积为混合液体积的5～20％；

(2)将所制得TiO₂分散于NaOH溶液中，然后加入M元素的可溶性盐，制得混合物悬浊液；

其中，摩尔比为M:Ti＝0.01～2，NaOH溶液的溶度为0.2～2mol/L，TiO₂与NaOH溶液质量比为2～50％；所述的M为Sr、Ba、Ni或La；

(3)将所得悬浊液在25～80℃、密闭条件下恒温晶相转化1-24h，最后冷却；