[发明专利]一种异相析出法制备的核-壳纳米颗粒及制备纳米陶瓷的方法

说明书

本发明属于多功能材料领域，特别涉及一种异相析出法制备的核‑壳纳米颗粒及制备纳米陶瓷的方法。其技术要点如下，包括如下操作步骤：化学式为[(BaCa)_1‑xNd_x](TiHf)O₃（BCTH‑xNd），其中，Ba/Ca=0.8~0.9/0.2~0.1，Ti/Hf=0.85~0.95/0.15~0.05，x=0.001~0.05。本发明以水热法制备的高活性纳米粉体为前驱体，可以省略固相法制备陶瓷的煅烧过程，能够实现低温烧结制备纳米陶瓷，开发新型多功能陶瓷、挖掘新的物理性能，具有产业价值。

技术领域

本发明属于多功能材料领域，特别涉及一种异相析出法制备的核-壳纳米颗粒及制备纳米陶瓷的方法。

背景技术

随着电子元器件集成化、小型化和智能化的发展，多功能材料和器件引起了世界范围广泛的研究兴趣。以Pb(Zr_1-xTi_x)O₃(PZT)为代表的钙钛矿结构压电陶瓷，通过稀土掺杂、产生施主或受主点电荷缺陷，为压电、荧光、储能多功能材料的开发提供了丰富的可能性。然而，PZT压电陶瓷其主要成分PbO在生产、废弃过程中对人类健康产生损害、并带来全球性污染问题，因此，迫切需要开发能够替代PZT的高性能无铅压电材料。

钛酸钡(BaTiO₃)是最早发现的压电陶瓷，其压电性能不高(d₃₃≈190pC/N)，烧结温度偏高，很难替代PZT获得广泛应用。2009年以来，BT基高性能无铅压电陶瓷的研究出现重大突破：通过特殊的组成和结构设计，在三相临界点附近的三方-四方准同型相界组成中发现了巨大的压电性能，2012年，Zhou等开发出新的Ba(Ti_0.8Hf_0.2)O₃-x(Ba_0.7Ca_0.3)TiO₃(BCTH)体系，室温d₃₃达到550pC/N。BCTH的铁电剩余极化能够有效提高稀土离子的光致发光性能，是良好的稀土离子发光基质。

目前，BCTH陶瓷多是通过固相法制备，其煅烧温度高达～1300℃、烧结温度高达～1450℃，使得陶瓷制备成本较高、难以重复批量地制备。

有鉴于上述现有技术中存在的缺陷，本发明人基于从事此类材料多年丰富经验及专业知识，配合理论分析，加以研究创新，开发一种异相析出法制备的核-壳纳米颗粒及制备纳米陶瓷的方法，以水热法制备的高活性纳米粉体为前驱体，可以省略固相法制备陶瓷的煅烧过程，能够实现低温烧结制备纳米陶瓷，开发新型多功能陶瓷、挖掘新的物理性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种异相析出法制备的核-壳纳米颗粒，以水热法制备的高活性纳米粉体为前驱体，可以省略固相法制备陶瓷的煅烧过程，能够实现低温烧结制备纳米陶瓷，开发新型多功能陶瓷、挖掘新的物理性能。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

本发明提供的一种异相析出法制备的核-壳纳米颗粒，化学式为[(BaCa)_1-xNd_x](TiHf)O₃(BCTH-xNd)，其中Ba/Ca＝0.8～0.9/0.2～0.1，Ti/Hf＝0.85～0.95/0.15～0.05，x＝0.001～0.05。本发明中，在异价掺杂的钙钛矿结构中，引入了钕元素。而稀土元素丰富的4f和5d电子态，为铁电、荧光耦合提供了可能性，稀土元素掺杂是一种获得高性能多功能压电材料的有效方法。其中稀土元素钕Nd具有丰富的能级结构、激发态能级寿命长，同时，Nd³⁺能够提供介稳态能级、其4f能级在多种激发下能够实现粒子数反转产生激光，能够诱导增强的荧光并在压电陶瓷中产生多功能性能。