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实验7 溶胶-凝胶法制备BaTiO 3粉体材料钛酸钡BaTiO 3是电子陶瓷领域应用最广的材料之一。
现代科技要求陶瓷粉体具有高纯、超细、粒径分布窄等特性，因为通过控制材料颗粒尺寸可有效的调控材料的物理性能。
溶液法是制备纳米（超细）粉体材料的一种重要方法，常用的溶液法包括沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法和微乳法等。
本实验利用溶胶-凝胶法（Sol-Gel ）制备BaTiO 3粉体材料。
一、实验目的(1)、了解溶胶-凝胶法的基本原理；(2)、利用溶胶-凝胶法制备BaTiO 3二、实验原理溶胶-凝胶法是指金属有机或无机化合物经过溶解、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而成目标产物的方法。
无论所用原料为无机盐还是金属醇盐，其主要反应步骤是原料溶于溶剂（水或者有机溶剂）中形成均匀的溶液，溶质与溶剂发生水解或者醇解反应，形成溶胶粒子，溶胶粒子通过缩聚形成三维网络状的凝胶。
形成凝胶的过程中，反应复杂，产物结构多样。
本实验以钛酸丁酯Ti(OC 4H 9)4和醋酸钡为原料，通过溶胶-凝胶法制备BaTiO 3粉体材料，制备过程中最基本反应为：(a) 水解反应：494249449Ti(OC H ) + H O = Ti(OC H )(OH) + C H OH x x x x −在水解前如果把Ti(OC 4H 9)4溶解某种有机酸如冰醋酸中，可在水解之前（溶剂化）生成Ti(OC 4H 9)4-x (OCOCH 3)x ，这样可以减缓醇盐的水解速度。
水解反应可以延续到彻底水解如形成Ti(OH)4。
(b) 缩聚反应(失水或者失醇)：Ti OH + OH i = i O i 2−−−Τ−−Τ−−Τ− + ΗΟ4949i OC H + OH i = i O i C H −Τ−−Τ−−Τ−−Τ− + ΟΗ由于不断发生水解、缩聚反应，溶液的粘度不断增加，最终形成具有“−金属−氧−金属−”网络结构的凝胶。
一般认为，反应过程中醋酸钡存在于凝胶的表面，通过后期热处理最后形成BaTiO 3。
钛酸钡BaTiO3粉体制备及应用剖析
BaTiO3材料是一类重要的电子陶瓷材料，具有良好的光、电及化学催化性能，被广泛应用于电子及微电子工业、能源开发、污染物处理等领域。
随着高纯超微粉体技术、厚膜与薄膜技术的发展和完善，BaTiO3材料体系围绕新材料的探索、传统材料的改性、材料与器件的一体化研究与应用等方面幵展了广泛的研宄，成为材料科学工作者十分活跃的研究领域。
1.BaTiO3晶体结构
钛酸钡又称偏钛酸钡，分子量为白色结晶粉末，溶于浓硫酸、盐酸和氢氟酸，不溶于稀硝酸、水和碱其熔点为1625℃，密度为6.02g/cm3，有毒性。
钛酸钡的晶体结构是典型的钙钛矿结构，具有理想的结构单胞，即立方对称性晶胞，如图1所示。
Ba2+和O2-共同按立方最紧密堆积的方式堆积成O2-处于面心位置的“立方面心结构”,而尺寸较小、电价较高的Ti4+则在八面体间隙中。
每个被Ba2+十二个O2-包围形成立方八面体，其配位数为12；每个Ti4+被六个O2-包围形成八面体,其配位数为6；在每个O2-周围有四个Ba2+和两个Ti4+。
图1 BaTiO3的钙钛矿晶体结构图
钛酸钡是典型的铁电材料，具有铁电性，在一定温度范围内具有自发极化现象，由于钛离子随温度变化自发极化方向不同，钛酸钡的晶型分为六方相、立方相、四方相、斜方相和菱形相五种，如图2所示。
其中三方晶系、斜方晶系、四方晶系称为铁电晶系，具有铁电性。
图2 BaTiO3的四种晶型
2.BaTiO3粉体制备。
钛酸钡的制备方法
钛酸钡是一种无机化合物，化学式为BaTiO3，具有良好的介电性能和压电性能，在电子学和通信方面有广泛的应用。
本文将介绍钛酸钡的制备方法，包括溶胶-凝胶法、水热法、固相反应法等多种方法。
1. 溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法是一种通过水热反应制备钛酸钡的方法。
首先将钛酸四丙酯和钡丙酸盐在醇水溶液中混合，并加入分散剂，形成均匀的溶胶。
然后在高温高压条件下进行凝胶化反应，得到粉末状的前驱体。
最后，在高温下进行烧结得到钛酸钡。
这种方法能够制备出具有高纯度和均匀颗粒大小的钛酸钡。
2. 水热法
3. 固相反应法
固相反应法是一种传统的制备钛酸钡的方法。
首先将氧化钛和碳酸钡在高温下进行固相反应，生成钛酸钡和二氧化碳。
然后通过水洗和烘干等步骤处理得到钛酸钡粉末。
这种方法易于操作，但需要高温条件，且制备的钛酸钡粉末大小不一。
总之，钛酸钡具有广泛的应用前景，制备方法也有多种，可以根据不同的需要选择合适的方法。
随着科技的不断发展，钛酸钡的制备方法也会不断更新和改进。
铁电氧化物一、概述铁电氧化物是指具有铁电性质的氧化物材料。
铁电性质是指在外加电场作用下，材料会发生极化现象，即正负电荷分离并形成电偶极矩。
铁电氧化物具有多种应用价值，如储能器件、传感器、非挥发存储器等。
二、常见的铁电氧化物1. 铅酸钡（BaTiO3）铅酸钡是最早被发现的铁电氧化物之一。
它具有高的介电常数和低的损耗因子，因此被广泛应用于储能器件和微波元件中。
2. 铌酸锂（LiNbO3）铌酸锂是一种重要的非线性光学晶体，具有优异的光学性能和稳定性。
它常被用于光通信、激光技术等领域。
3. 钛酸锆（ZrTiO4）钛酸锆是一种新型的高温稳定的铁电材料，具有优异的介电和压阻特性。
它可应用于高温传感器、无线通信等领域。
4. 铝酸锶（SrAl2O4）铝酸锶是一种发光材料，具有长寿命、高亮度等特点。
它被广泛应用于照明、显示等领域。
三、铁电氧化物的制备方法1. 溶胶-凝胶法这是一种常用的制备铁电氧化物的方法。
它通过溶解金属盐或有机金属化合物，得到溶胶，再通过水解和凝胶化反应形成凝胶，最后经过煅烧得到氧化物。
2. 真空沉积法真空沉积法是将金属材料蒸发到基底表面，并在其上形成薄膜的一种方法。
这种方法具有高纯度、均匀性好等优点。
3. 水热合成法水热合成法是将金属盐或有机金属化合物在高温高压水环境下反应得到氧化物的一种方法。
这种方法具有反应速度快、产率高等优点。
四、铁电氧化物的应用1. 储能器件铁电氧化物可以作为储能器件中的储能介质。
例如，将铁电氧化物薄膜铺在金属电极之间，当外加电场作用时，铁电氧化物会发生极化现象，从而形成电容器。
这种结构的储能器件具有高的能量密度和长寿命等特点。
2. 传感器铁电氧化物具有压电效应和压阻效应，因此可以作为传感器中的敏感元件。
例如，将铁电氧化物薄膜作为压力传感器的敏感元件，当受到外力作用时，铁电氧化物会发生形变，并产生相应的信号输出。
3. 非挥发存储器非挥发存储器是一种可以长时间保存数据的存储设备。
0前言BaTiO3是一种制造PTC、电子滤波器等电子元件的强介电材料，具有十分广阔的应用前景。
随着电子产业的不断发展，对纳米BaTiO3粉体的制备要求越来越高。
我国钛酸钡粉体的制备工艺在许多方面不及处于世界领先水平的美国与日本［2］，但我国学者已经取得一定进展。
本文综述了主要制备方法。
1固相法固相法是最为传统的制备方法[3]，于1964年试验成功。
烧结法是组成钛酸钡的各种金属元素的氧化物或他们的酸性盐混合、磨细，下一步在1100℃经固相反应得到所需粉体。
固相烧结法具有工艺简单、设备可靠、方法成熟等优点。
但是所得粉体无法到达高纯、均匀、粒径分布小、不易团聚等要求。
2液相法2.1水热法水热法是在压力容器中，将含Ba和Ti的前驱体水浆体进行反应制得钛酸钡粉体的方法。
由于早期使用的钛化合物活性差，需要在380-500℃，30-50MPa的压力下进行反应，高压高温为制备技术的应用带来了障碍。
冯秀丽等［5］以廉价的氢氧化钡和偏钛酸为原料，按比例加入蒸馏水，在集热式恒温加热磁力搅拌仪加热搅拌。
一段时间后将产物酸洗、水洗、醇洗，在烘箱中烘干，最后在研钵研磨得钛酸钡粉体。
反应机理为：H2TiO3，+Ba(OH)2==BaTiO3+2H2O。
通过对原料钡钛比、反应时间、反应温度等条件进行研究，得出常压水热法钛酸钡粉体的最佳制备条件为反应原料的钡钛比为1.4，反应温度是100℃，反应时间为6h，溶液pH为12。
所制备出的钛酸钡粉体为立方相，粉体一次平均粒径为40.9nm。
R·Roy提出了微波与水热结合技术，并成功利用此法合成了多种氧化物陶瓷和粉体材料［6-9］。
此法能在极短的时间内使温度上升至结晶温度，沉淀凝胶快速溶解然后均匀成核，缩短了结晶时间，节约了能量。
付乌有等[10]采用微波-水热法制备了纳米钛酸钡粉体，并用TEM 等手段对晶体结构和形貌进行了研究，得出结论：利用微波-水热法可以在60-160℃的条件下制得粒径20-30nm的纳米钛酸钡晶体，并且在一定范围内纳米晶体的介电常数具有比较好的稳定性。
一文认识电子陶瓷用钛酸钡陶瓷粉体
钛酸钡（BaTiO3）是钛酸盐系电子陶瓷的主要原料，作为一种铁电材料，以其优异的介电性能，广泛应用于多层陶瓷电容器、声纳、红外辐射探测、晶界陶瓷电容器、正温度系数热敏陶瓷等，具有广阔的应用前景，被誉为电子陶瓷的支柱。
随着电子设备及其元器件的小型、轻量、可靠和薄型化的发展，使得对高纯超细钛酸钡粉体的要求越来越迫切。
一、钛酸钡概述
钛酸钡是一致性熔融化合物，其熔点为1618℃。
具有五种结晶变型：六方晶型、立方晶型、四方晶型、正方晶型、三方晶型；室温下以正方晶型稳定。
图1 钛酸钡粉体SEM图片
图2 钛酸钡立方晶型（左），钛酸钡的铁电相变示意图（右）
1、钛酸钡的铁电性
当BaTiO3受到高电流电场作用时，在居里点120℃以下会产生持续的极化效应。
极化的钛酸钡有两个重要的性质：铁电性和压电性。
BaTiO3铁电晶体中存在许多自发极化方向不同的小区域，每个区域由很多自发极化方向相同的晶胞构成，这些小区域称为“电畴”。
具有电畴结构的晶体称为铁电晶体或铁电体。
图3给出了BaTiO3基铁电陶瓷在外电场作用下电筹的外形几何尺寸的变化。
图3 BaTiO3基铁电陶瓷在外电场作用下电筹的外形几何尺寸的变化
2、钛酸钡的居里温度
BaTiO3居里温度Tc是指四方相和立方相间的相变温度，即铁电晶体失。
