实验二 溶胶-凝胶法制备钛酸钡纳米陶瓷粉体

2011-2012第1学期期末综合实验报告溶胶-凝胶法制备TiO2－SiO2复合粉体姓名：学号：班级：指导教师：题目：溶胶-凝胶法制备TiO2－SiO2复合粉体一、实验目的及要求（1）了解并撑握进行科学研究的过程，提高学生的逻辑思维能力，为以后进行科学研究奠定基础。

（2）提高学生的实验动手能力和科学分析能力，使学生通过这次锻炼能够撑握科学实验的过程，从而激发对科学研究的兴趣。

（3）通过本次综合实验，使学生把书本上的理论和实际结合起来，从而达到学以致用的目的。

（4）写出完整的实验报告，重点分析实验结果并进行详细的讨论，提高学生的数据处理能力。

二、实验原理溶胶—凝胶法是一种湿法化学工艺，由金属醇盐或其它盐类溶解在醇醚等有机溶剂中形成均匀的溶液，溶液再通过水解和缩聚反应形成溶胶，进一步的聚合反应经过溶胶—凝胶转变形成凝胶。

在低温阶段发生的溶胶到凝胶的转变过程，可以用来制备涂层。

采用溶胶—凝胶法的基本过程是：易于水解的金属化合物（无机盐）在某种溶剂中与水发生反应，经过水解与缩聚过程而逐渐凝胶化。

其基本的反应过程是水解反应和聚合反应。

反应方程式如下（以合成氧化钛为例）：水解反应：Ti－OR＋H2O→Ti－OH＋ROH聚合反应：Ti－OH＋RO－Ti→Ti－O－Ti＋ROHTi－OH＋OH－Ti→Ti－O－Ti＋H2O式中：R﹦C4H9由于溶胶—凝胶法是目前广为采用的纳米粉体制备方法，因此本研究采用溶胶-凝胶法制备TiO2－SiO2超细粉体。

即采用钛酸丁酯、正硅酸乙脂为主要原料，加入去离子水和无水乙醇配制成反应溶液，并加入乙酰丙酮作抑制剂以缓解钛酸丁酯的强烈水解作用，从而形成均匀而透明的溶胶。

溶胶经干燥、煅烧后制备成TiO2－SiO2粉体。

三、实验内容（1）撑握TiO2光催化剂的制备机理及方法。

（2）探究溶胶pH值的变化对TiO2－SiO2溶胶性能的影响机理及规律。

（3）考察水浴温度的不同对TiO2－SiO2溶胶性能的影响及规律。

钛酸四丁酯的水解反应为分步水解，方程式为：
Ti(OR)n+H2OTi(OH)(OR)n-1+ROH
Ti(OH)(OR)n-1+H2OTi(OH)2(OR)n-2+ROH
……
反应持续进行,直到生成Ti(OH)n.
缩聚反应：
—Ti—OH+HO—Ti——Ti—O—Ti+H2O
—Ti—OR+HO—Ti——Ti—O—Ti+ROH
完成实验后我们知道了在制备用溶胶-凝胶法制备纳米粒子胶体的最好的浓度，知道了两种溶液混合时速度越慢越好，当然，这个慢也是有个限度的吧！在我们这个实验中，70min滴定完就已经可以得到很好的溶胶了。除此之外，在这个实验中我还体会到了跟同学合作实验，一起思考、探究的乐趣和知识的相互增补的长进。不过，完成这一次实验我们也经历过了很多的挫败，比如滴定管没有彻底吹干，在配制溶液（1）时空气潮湿度大，引入了水蒸汽，影响实验的结果等等。重新实验两次，耗时比较长。这一次实验为我以后单独完成实验做好了基础准备，我会更加努力地做得更好！
实验数据处理及结果分析：
序号
钛酸四丁酯（ml）
无水乙醇（ml）
冰醋酸（ml）
蒸馏水（ml）
时间（t）
产品颜色
1
10
50+50
10
10
90
微黄色的胶粒
2
10
50+40
43;20
3.5
4.5
20
有光泽的黄色微粒
4
5
25+20
4
5
25
白色的微粒
5
5
25+20
3.5
4
20
有棱角的胶粒

钛酸钡纳米粉体的制备方法摘要：钛酸钡粉体是陶瓷工业的重要原料，本文将简要介绍钛酸钡纳米粉体的一些制备工业，如固相法、水热法、溶胶-凝胶法、沉淀法等。

关键词：钛酸钡；粉体;制备方法；1.引言钛酸钡是制备陶瓷电容器和热敏电阻器等许多介电材料和压电材料的主要原料, 近几年来, 随着陶瓷工业和电子工业的快速发展,BaTiO3 的需求量将不断增加，对其质量要求也越来越高。

制备高纯、超细粉体材料是提高电子陶瓷材料性能的主要途径。

所以高纯、均匀、超细乃至纳米化钛酸钡的制备研究一直是各国科学家的研究重点。

钛酸钡的应用越来越广泛。

目前制备钛酸钡的方法主要有:共沉淀法、溶胶- 凝胶法、固相法、反相微乳液法、水热法。

2.钛酸钡粉体的制备工艺2.1固相研磨-低温煅烧法传统钛酸钡的制备主要采用高温煅烧碳酸钡和二氧化钛的混合物或高温煅烧草酸氧钛钡的方法, 它是我国目前工业制备钛酸钡的主要方法, 但由于煅烧温度高达1000~ 1200℃, 因而制得的粉体硬团聚严重、颗粒大而粒度分布不均匀, 纯度低, 烧结性能差。

朱启安[1]等采用室温下将氢氧化钡与钛酸丁酯混合研磨, 再在较低温度( < 300 ℃) 下煅烧的方法制得了钡钛物质的量比约为1. 0、颗粒大小分布均匀、粒径在15~ 20nm 的钛酸钡纳米粉体, 既克服了高温固相煅烧法反应温度高、产品质量低的缺点, 又克服了液相法在水溶液中制备易引入杂质、粒子易团聚等缺点其煅烧温度比传统的固相反应法降低了约700 ~900℃2.2水热法合成水热合成是指在密封体系如高压釜中, 以水为溶剂, 在一定的温度和水的自生压力下, 原始混合物进行反应的一种合成方法。

由于在高温、高压水热条件下, 能提供一个在常压条件下无法得到的特殊的物理化学环境, 使前驱物在反应系统中得到充分的溶解, 并达到一定的过饱和度, 从而形成原子或分子生长基元, 进行成核结晶生成粉体或纳米晶[2]。

水热法制备的粉体, 晶粒发育完整、粒度分布均匀、颗粒之间少团聚, 可以得到理想化学计量组成的材料, 其颗粒度可控, 原料较便宜, 生成成本低。

Abstract：Describes a SOI-geI prOcess fOr BaTiO3 uItrafine pOwders with spnericaI particaIs Of 20 ~ 200 nm in diameter prepared by SOI-geI using C4H9O）4Ti and B（a CH3COO）2 and presents Optimum parameters，such as water vOIume in hydrOIysis Of 85 mI，pH = 3 . 5，geI-temperature 93 ~ 95 C，vaccume dry at 25 C and caIcinatiOn at 700 ~ 900 C . Key words：BaTiO3；pOwders；SOI-geI
表 2 同时列出不同 p~ 值条件下所得钛酸钡 粉体粉体粒径 . 由表 2 可 知，p~ = 3 . 25 和 p~ = 3 . 50 时，BaTiO3 陶 瓷 粉 体 的 一 次 粒 径 为 20 ~ 200 nm之间，p~ = 3 . 75 和 p~ = 4 . 0 时，粉体一次 粒径在 50 ~ 300 nm 之间，且研究发现有较严重的 团聚现象 . 由此可见，要得到分散性较好、粉体粒 径较小的产品，以 p~ = 3 . 50 的条件较佳 .
知，为了得到粒径相对较小，分散性较好的 BaTiO3 陶瓷粉体，可选用在沸水中凝胶化为较佳条件
2.4 湿凝胶干燥条件对粉体粒径的影响
本实验研究了不同干燥条件对粉体粒径的影
响，图 2 为按钡钛摩尔比 l 1 l 的条件称样，采用 85
mI 水量水解后控制 p~ = 3 . 5 时经沸水中凝胶化
后，采用不同干燥条件进行干燥时，再经700 C 煅

溶胶-凝胶法制备钛酸钡纳米粉体内容：原料的计算、工艺流程(每组4个工艺参数)、反应机理、过程操作。

1、实验原理:以钛酸丁酯和氢氧化钡为原料，乙二醇甲醚和甲醇为溶剂，采用溶胶-凝胶法制备钛酸钡粉体。

钛的阴离子与钡离子发生中和反应，经聚合生成Ba2+Ti(OH)62-络离子。

Ba2+Ti(OH) 62-络离子被溶剂生成的有机物长链分割包围着，在随后的干凝胶煅烧过程中，有机物长链分解，使Ba2+Ti (OH)62-络离子在高温下分解，制得纳米粉体。

能电离的前驱体-金属盐的阳离子M z+吸引水分子形成溶剂单元M（H2O）n z+(z为M离子的价数），具有保持它的配位数而强烈的释放H+的趋势：M(H2O)n z+M(H2O)n-1 (OH)(z-1) + H+水解反应：非电离式分子前驱体，如金属盐M(OR)n (n为金属离子M的原子价）与水的反应。

M(OR)n + H2O M(OH)n-1(OR)n-x +xROH缩聚反应(分两步):失水反应：M-OH + HO-M M-O-M +H2O失醇反应：M-OR +RO-M M-O -M + ROH2.工艺流程：氢氧化钡的乙二醇溶液钛酸丁酯的甲醇溶液溶胶凝胶干凝胶煅烧球磨粉体反应式：Ti (OR) 4 + 4H2O +Ba2++ 2OH-Ba2 [ Ti (OH) 6 ]2 + 4ROH高温脱水3、实验过程：BaTiO3将7.5g的氢氧化钡溶入30ml的乙二醇甲醚中，充分振荡使之形成氢氧化钡的乙二醇甲醚溶液。

将14.88g的钛酸丁酯溶入30ml 的甲醇之中，充分搅拌形成钛酸丁酯的甲醇溶液。

将上述两种溶液混合，并不停地搅拌使其充分互溶形成溶胶，然后加水少许形成凝胶。

A、原料的计算：（按得到10gBaTiO3纳米粉体为基准）M(BaTiO3)=233.23g/mol M(Ba(CH3COO)2)=255.37g/molM(Ba(OH)2)=171.33g/mol M(Ti(C4H9O)4)=340.06g/molTi (OR) 4 + Ba (OH)2 Ba2 [ Ti (OH) 6 ]2~~~~~BaTiO3 340.06g/mol 171.33g/mol 233.23g/mol14.878g 7.496g 98%转化率10 gB、步骤：m(Ba(OH)2=7.496g +30ml乙二醇甲醚 am(Ba(CH3COO)2)=14.878g +30ml 甲醇 ba +b Ba2 [ Ti (OH) 6 ]2 高温脱水BaTiO3。

1-2、钛酸钡合成钡先驱体+ 钡先驱体纯钛酸丁酯钡钛摩尔比1:1配料混合13O℃回流1h ℃钡钛复合醇盐加入去离子水钛酸钡陶瓷粉体干凝胶陈化一周湿凝胶
3 结论 1利用金属钡和乙二醇甲醚反应成功合成了乙二醇 ( 1利用金属钡和乙二醇甲醚反应成功合成了乙二醇甲氧钡前驱体溶液，氧钡前驱体溶液，通过其和钛酸丁酯的反应可在 13O℃ BaTiO3纳米晶粉体纳米晶粉体。

下合成 BaTiO3纳米晶粉体。

( 2 钛酸钡粉体的制备过程中，加水量对于纯钛酸钡钛酸钡粉体的制备过程中，晶体的形成具有明显的影响。

XRD分析结果表明分析结果表明，晶体的形成具有明显的影响。

XRD分析结果表明，这种粉体的晶粒尺寸在1
4 16nm左右 14～左右。

粉体的晶粒尺寸在14～16nm左右。

3:搅拌速度的影响 3:搅拌速度的影响
搅拌速度以将固体反应物完全悬浮在液相中, 搅拌速度以将固体反应物完全悬浮在液相中, 不在反应器底出现沉积 物为宜.本搅拌过程中, 搅拌速度控制在500 左右. 物为宜.本搅拌过程中, 搅拌速度控制在500 r/ min 左右.
4:物料陈化对产物性能的影响 4:物料陈化对产物性能的影响
水溶胶的陈化可以使产物粒度更均匀. 水溶胶的陈化可以使产物粒度更均匀.结 Nhomakorabea语
a.利用Ti(SO 重晶石、 硝酸、 氨水为原料采用溶胶a.利用Ti(SO4)2、重晶石、 硝酸、 氨水为原料采用溶胶利用 粉体, 原料来源广泛、 价格低廉, 凝胶法合成 BaTiO3 粉体, 原料来源广泛、 价格低廉, 过程操作简单, 高温灼烧3h得到BaTiO3 粉体. 3h得到 过程操作简单,经 9500C高温灼烧3h得到BaTiO3 粉体. b.通过TEM 形貌分析等分析手段,对制得的粉体进行了各 b.通过TEM 形貌分析等分析手段, 通过 种性能的表征和测试, 种性能的表征和测试,结果表明本实验制备的 BaTiO3 粉 体为单纯的立方相, 粒径均匀, 大小在40 左右, 体为单纯的立方相, 粒径均匀, 大小在40 nm 左右, 无严 重的团聚现象,满足纳米粉体的要求. 重的团聚现象,满足纳米粉体的要求.
溶胶---凝胶法制备纳米钛酸钡 溶胶---凝胶法制备纳米钛酸钡 ---凝胶法制备纳米钛酸
---凝胶法制备纳米钛酸钡 1、溶胶---凝胶法制备纳米钛酸钡 溶胶--以溶胶---凝胶法制备纳米钛酸钡粉体, ---凝胶法制备纳米钛酸钡粉体 摘 要:以溶胶---凝胶法制备纳米钛酸钡粉体, 利用价廉的重晶石为主要原料制备钡源, 利用价廉的重晶石为主要原料制备钡源,有效地 克服了传统方法因采用有机钡盐或有机钛而导致 的生产成本过高的缺点: 研究结果表明, 的生产成本过高的缺点: 研究结果表明, 该方法 可制备出高纯钛酸钡粉体, 可制备出高纯钛酸钡粉体,制备过程中三废排放 物中基本不含有害物质, 物中基本不含有害物质, 并可从母液中回收质量 较高的副产品硝酸铵, 具有产品质量高, 较高的副产品硝酸铵, 具有产品质量高,原料来 源广泛、价格低廉、 工艺环保、 节能等特点. 源广泛、价格低廉、 工艺环保、 节能等特点.

凝胶经干燥，烧结转变成固体材料的过程是溶胶
－凝胶法的重要步骤，由多孔疏松凝胶转变成致密 玻璃至少有4个历程：毛孔收缩，缩合－聚合，结构
弛豫和粘滞烧结。近年来，人们通过各种表征手段
也研究了凝胶向材料转变过程中热力学和动力学行 为以及结构变化
4应用
• 由于溶胶－凝胶技术在控制产品的成分
及均匀性方面具有独特的优越性，近年来 已用该技术制成LiTaO2、LiNbO2、PbTiO3 、Pb(ZrTi)O3、BaTiO3等各种电子陶瓷材 料。特别是制备出形状各异的超导薄膜、 高温超导纤维等。
3.4 凝胶的干燥
• 湿凝胶干燥时，表观上表现为收缩、硬固 ，产生应力，最后可能导致凝胶开裂。这 是因为湿凝胶中包裹着大量水分，有机基 团和有机溶剂。同时在干凝胶中留下大量 开口和闭口气孔，这些孔将影响以后的烧 结。使凝胶开裂的应力主要来自于凝胶骨 架空隙中液体的表面张力所引起的毛细管 力，它使凝胶颗粒重排，体积收缩。
• 在光学方面该技术已被用于制备各种光学 膜，如高反射膜、减反射膜等和光导纤维
、折射率梯度材料，有机染料掺杂型非线
形光学材料等以及波导光栅、稀土发光材 料等。
在热学方面该技术制备的SiO2-TiO2玻璃 非常均，热膨胀系数很小，化学稳定性 也很好；已制成的InO3-SnO(ITO)大面积透 明导电薄膜具有很好的热镜性能；制成的 SiO2气凝胶具有超绝热性能等特点。
2.1水解反应
• 金属盐在水中的性质受金属离子半径，电负性
，配位数等因素影响，如Si、Al盐，它们溶解于 纯水中常电离出Mn+，并溶剂化[3]。水解反应平 衡关系随溶液的酸度，相应的电荷转移量等条件 的不同而不同。有时电离析出的Mn+又可以形成 氢氧桥键合。

水热合 成法对原料 和设备 要求 较高 ， 作 过程 比较 操 复杂 ； 溶胶 一凝 胶法 由于反应 温度低 、 操作 简单 、 反 应过程 容易控制 、 粒度 分布 均匀 细小 等一 系列优 点 而备受 人们关 注［ Ｈ ． １ ］ 本研究利 用硫 酸钛 、 晶石 、 重
重 晶石 的 主要 成 分 是 硫 酸 钡 ， 过 硫 酸 钡 高 通 温还原等 过程 而制备 硝 酸钡 ． 以高纯 Ｔ （ ０４ 和 ｉＳ ） 硝酸钡 为原料 ， 将 ＮＨ ＯＨ 加 入到 ＴｉＳ 中 先 （Ｏ ） 使 生成 Ｔｉ ＯＨ） ０（ 沉 淀 ． 后 用 ＨＮＯ。溶 解 沉 然 淀， Ｂ（ 与 ａ ＮＯ。 ） 溶 液 反应 ， 在所 得 混 合盐 溶 液 中 加 入 ＮＨ ＯＨ， 得到 Ｔ Ｏ（ ｉ ＯＨ） 和 Ｂ ２ ＯＨ） ２ ａＯ（ ２的 共 沉淀 ， 沉淀 过滤分 离 出来 后再 分散 到 ｐ 值 为 将 Ｈ
发 得 到 Ｔｉ － ａ 干 凝 胶 ． 后 再 经 过 烧 结 ， 终 Ｏ。Ｂ Ｏ 以 最
１ 实 验 部 分
１ １ 试 剂 及 仪 器 ．
即可 得到 合格 的 Ｂ Ｔｉ 。 ａ Ｏ 粉末 ． 个过 程工 艺流 程 整
简 图 如 图 １所 示 ．
１１１ 原 料 及 试 剂 ． ．
摘 要 ： 溶 胶一 以 凝胶 法 制 备 纳 米 钛 酸 钡 粉 体 ， 用 价 廉 的 重 晶 石 为 主 要 原 料 制 备 钡 源 ， 效 地 克 服 了 传 统 方 利 有
法 因 采用 有 机 钡 盐 或 有 机 钛 而 导 致 的 生产 成 本 过 高 的缺 点 ： 究 结 果 表 明 ， 方 法 可 制 备 出 高 纯钛 酸 钡 粉 体 ， 研 该 制备 过程 中三 废 排 放 物 中基 本不 含 有 害物 质 ， 并可 从 母 液 中 回收 质 量 较 高 的 副 产 品硝 酸 铵 ， 具有 产 品质 量 高 ， 原 料来 源 广 泛 、 价格 低 廉 、 艺环 保 、 能 等 特点 ． 工 节

2.2.6 钛酸丁酯钡盐法
胡丹等利用此方法以太酸四正丁酯和乙酸钡等主要 原料，引入四正丁氧基锆制备了 Ba(Zr0.3Ti0.7)O3(BZT) 薄 膜，并研究了其热处理工艺，以及不同烧结温度对 BZT 薄膜电性能的影响 [19] ；李青莲等也用此法以钛酸丁酯与 硬脂酸钡为原料，成功制备了粒径约 20 nm 的 BaTiO3 粉 体 [25] ；苏毅等人以钛酸丁酯和醋酸钡为原料，采用溶胶 - 凝胶法制得了颗粒外貌近似球形的钛酸钡超细粉体，粒 径分布在 20 ～ 200 nm。研究了水解用水量，溶液 pH 值， 反应温度，热处理温度等工艺参数，得出最佳工艺条件 为 ：水解用水量 85 ml，混合溶液 pH=3.5，凝胶化温度 93 ～ 95 ℃，煅烧温度 700 ～ 900 ℃ 。 [26]
2.1 溶胶 - 凝胶法的工艺过程
根据文献报道 [9-11] 该工艺包括以下过程 ：
图 1 溶胶凝胶法工艺流程图 Fig.l Process of sol-gel
44││中中国国陶陶瓷瓷││CCHHIINNAA CCEERRAAMMIICCSS││22001144((5500))第第 33 期期
2014 年 第 3 期
2 溶胶 - 凝胶法制备纳米钛酸钡材料
溶胶 - 凝胶法是一种制备纳米材料的重要方法。溶胶 - 凝胶法制备纳米钛酸钡材料的基本方法是 ：以醇作为溶 剂，Ba 和 Ti 的醇盐或无机盐经过水解形成溶胶，将该溶 胶脱水干燥，然后经焙烧便可得到纳米 BaTiO3 粉体。这种 方法适用于能形成溶胶且溶胶可以化为凝胶的氧化物系 [8]。
关键词 ：钛酸钡 ；制备 ；溶胶凝胶法
中图分类号 ：TF123
文献标识码 ：A
文章编号 1001-9642（2014）3-0004-4

实验二溶胶－凝胶法制备纳米陶瓷粉体一、实验目的1、了解溶胶－凝胶制备纳米粉体的方法2、制备纳米钛酸钡陶瓷粉体溶胶—凝胶技术是指金属有机或无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而成氧化物或其他化合物固体的方法。

该法历史可追溯到19世纪中叶，Ebelman发现正硅酸乙酯水解形成的SiO2呈玻璃状，随后Graham研究发现SiO2凝胶中的水可以被有机溶剂置换，此现象引起化学家注意。

经过长时间探索，逐渐形成胶体化学学科。

在20世纪30年代至70年代矿物学家、陶瓷学家、玻璃学家分别通过溶胶—凝胶方法制备出相图研究中均质试样，低温下制备出透明PLZT陶瓷和Pyrex耐热玻璃。

核化学家也利用此法制备核燃料，避免了危险粉尘的产生。

这阶段把胶体化学原理应用到制备无机材料获得初步成功，引起人们的重视，认识到该法与传统烧结、熔融等物理方法不同，引出“通过化学途径制备优良陶瓷”的概念，并称该法为化学合成法或SSG法(Solution-sol-gel)。

另外该法在制备材料初期就进行控制，使均匀性可达到亚微米级、纳米级甚至分子级水平，也就是说在材料制造早期就着手控制材料的微观结构，而引出“超微结构工艺过程”的概念，进而认识到利用此法可对材料性能进行剪裁。

溶胶凝胶法不仅可用于制备微粉。

而且可用于制备薄膜、纤维、体材和复合材料。

其优缺点如下：①高纯度粉料(特别是多组分粉料)制备过程中无需机械混合，不易引进杂质；②化学均匀性好由于溶胶—凝胶过程中，溶胶由溶液制得，化合物在分子级水平混合，故胶粒内及胶粒间化学成分完全一致；②颗粒细胶粒尺寸小于0.1μm；④该法可容纳不溶性组分或不沉淀组分不溶性颗粒均匀地分散在含不产生沉淀的组分的溶液中，经溶胶凝化，不溶性组分可自然地固定在凝胶体系中，不溶性组分颗粒越细，体系化学均匀性越好；⑤掺杂分布均匀可溶性微量掺杂组分分布均匀，不会分离、偏折，比醇盐水解法优越：⑥合成温度低，成分容易控制；⑦粉末活性高；⑧工艺、设备简单，但原材料价格昂贵：⑨烘干后的球形凝胶颗粒自身烧结温度低，但凝胶颗粒之间烧结性差，即体材料烧结性不好；⑩干燥时收缩大。

浅谈溶胶—凝胶法制备钛酸钡纳米粉体分析作者：郭向华来源：《科技与创新》2014年第12期摘要：钛酸钡纳米粉体的形貌控制和制备技术在近年来得到较好的发展。

概述性地分析了制备钛酸钡纳米粉体的方法，并在此基础上详细介绍了溶胶-凝胶法在制备纳米钛酸钡材料中的主要方法，最后探讨了该技术的发展趋势，以期为相关学者的研究提供参考。

关键词：溶胶-凝胶法；钛酸钡；纳米粉体；陶瓷晶粒中图分类号：TB383.1 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）12-0031-02钛酸钡的介电、压电、铁电和绝缘性能等均较好，其主要应用于无铅介电陶瓷的制造。

但在信息产业不断发展的情况下，人们对多层电磁电容器功能提出了更高的要求，需将介质层当中的陶瓷晶粒控制为亚微米级，甚至达到纳米级。

目前，该方面的制备技术处于快速发展阶段，较为常用的技术包括两类：一类为软化学法，例如溶胶-凝胶法、水热法、化学沉淀法、超声波合成法等；一类为硬化学法，典型的方法为固相法。

本文就溶胶-凝胶法制备钛酸钡纳米粉体进行探讨。

1 制备钛酸钡纳米粉体的方法如上文所述，制备钛酸钡纳米粉体的方法包括自蔓延合成法、高温固相法、水热法、溶胶-凝胶法和超声波合成法等。

但我国在工业生产中，常用的方法为高温固相法，该方法也被称之为固相合成法，主要是在高温条件下，对二氧化钛、碳酸钠或其他钡钛化合物进行煅烧。

但由于该方法需要较高的温度，且粉体硬团将会大量聚集在一块，所以其产品的性能不能达到现代电子工业的发展要求。

在人们不断的研究下，大多学者倾向于液相化学法方面的研究，通过此类方法可以完成陶瓷粉体的制备。

在所研究出的方法中，尤以溶胶-凝胶法的制备工艺最为简单，且容易控制，外加其热处理和反应温度均较低，产物的粒径较细，杂质含量较低、分布广，所以它逐渐发展为制作纳米材料的主要方法。

此外，其制造出的材料质量较高，产业化生产的潜力巨大。

2 溶胶-凝胶法在制备纳米钛酸钡中的应用溶胶-凝胶法在进行纳米钛酸钡材料的制备时，首先，应将醇当作溶剂，其中钡及钛的无机盐和醇盐在水解下能够形成溶胶；然后，需将溶胶进行脱水，促使其保持干燥的状态；最后，通过焙烧处理，即可得到纳米钛酸钡粉体（具体工艺如图1所示）。

溶胶-凝胶法制备钛酸钡纳米粉体
杨雅文
【期刊名称】《山西化工》
【年(卷),期】2024(44)1
【摘要】以钛酸四丁酯和乙酸钡为原料,乙醇和乙酸为溶剂,采用溶胶-凝胶法制备了钛酸钡纳米粉体,并通过XRD、SEM、TG-DTA分析,确定最优工艺条件为:凝胶化温度70℃,混合溶液p H值为3.0~4.0,热处理温度800℃,可获得粒径在50 nm 左右的单一钙钛矿相钛酸钡粉体。

【总页数】3页(P42-43)
【作者】杨雅文
【作者单位】中国原子能科学研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TB31
【相关文献】
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4.溶胶-凝胶法制备钛酸钡纳米粉体
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溶胶-凝胶法制备钛酸钡纳米粉体一、前言溶胶—凝胶技术是指金属有机或无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而成氧化物或其他化合物固体的方法。

该法历史可追溯到19世纪中叶，Ebelman发现正硅酸乙酯水解形成的SiO2呈玻璃状，随后Graham研究发现SiO2凝胶中的水可以被有机溶剂置换，此现象引起化学家注意。

经过长时间探索，逐渐形成胶体化学学科。

在20世纪30年代至70年代矿物学家、陶瓷学家、玻璃学家分别通过溶胶—凝胶方法制备出相图研究中均质试样，低温下制备出透明PLZT陶瓷和Pyrex耐热玻璃。

核化学家也利用此法制备核燃料，避免了危险粉尘的产生。

这阶段把胶体化学原理应用到制备无机材料获得初步成功，引起人们的重视，认识到该法与传统烧结、熔融等物理方法不同，引出“通过化学途径制备优良陶瓷”的概念，并称该法为化学合成法或SSG法(Solution-sol-gel)。

另外该法在制备材料初期就进行控制，使均匀性可达到亚微米级、纳米级甚至分子级水平，也就是说在材料制造早期就着手控制材料的微观结构，而引出“超微结构工艺过程”的概念，进而认识到利用此法可对材料性能进行剪裁。

溶胶凝胶法不仅可用于制备微粉。

而且可用于制备薄膜、纤维、体材和复合材料。

其优缺点如下：①高纯度粉料(特别是多组分粉料)制备过程中无需机械混合，不易引进杂质；②化学均匀性好由于溶胶—凝胶过程中，溶胶由溶液制得，化合物在分子级水平混合，故胶粒内及胶粒间化学成分完全一致；②颗粒细胶粒尺寸小于0.1μm；④该法可容纳不溶性组分或不沉淀组分不溶性颗粒均匀地分散在含不产生沉淀的组分的溶液中，经溶胶凝化，不溶性组分可自然地固定在凝胶体系中，不溶性组分颗粒越细，体系化学均匀性越好；⑤掺杂分布均匀可溶性微量掺杂组分分布均匀，不会分离、偏折，比醇盐水解法优越：⑥合成温度低，成分容易控制；⑦粉末活性高；⑧工艺、设备简单，但原材料价格昂贵：⑨烘干后的球形凝胶颗粒自身烧结温度低，但凝胶颗粒之间烧结性差，即体材料烧结性不好；⑩干燥时收缩大。

实验一溶胶凝胶制备BaTiO3的煅烧温度对粒度的影响一、实验目的：1. 掌握BaTiO3生成的过程；2. 理解煅烧温度对粒度的影响规律；3. 掌握XRD的基本分析方法和粒度的分析方法。

二、实验原理：钛酸钡是一种典型的具有钙钛矿结构的电子陶瓷材料，以其优质的介电、压电、铁电、耐压和绝缘性能，广泛应用于电子陶瓷工业中，通过掺杂钛酸钡可以制备出各种陶瓷电容器、压电换能器、温度补偿器、介质放大器、计算机记忆元件和PTC热敏电阻等电子元器件，被称为“电子陶瓷的支柱”。

电子陶瓷用钛酸钡粉体是电子陶瓷元器件的基础母体材料，它的性能决定着钛酸钡陶瓷材料的工艺性能和使用性能。

本实验分析溶胶-凝胶制备钛酸钡的煅烧温度对粒度的影响规律。

溶胶的凝胶化原理是：溶胶向凝胶的转化是通过水解和聚合反应来完成的，在聚合反应中溶胶粘度增加，当粘性液体突然变成弹性凝胶时需要时间称为凝胶时间(或称凝胶点)，这时网络开始形成，随着进一步缩合，凝胶聚合度增加，超过凝胶点，随聚合度增加，溶胶和凝胶相对比例继续发生变化，溶胶中较大分子进一步变成凝胶。

该方法制备钛酸钡粉体的技术关键技术之一是煅烧温度。

一般来说，将干凝胶进行煅烧时，低温煅烧有利于形成小粒径粉体，但温度过低不能形成BaTiO3相，可能会形成第二相或者无定型相，因此煅烧温度会直接影响到最终产物的质量。

对一个任意形状的颗粒就很难表征其大小。

一般都采用一个与该颗粒具有某种等效效应的颗粒的直径来表示该不规则颗粒的粒径的大小。

目前可以进行纳米粉末粒度测定的方法大致有四种：透射电镜（结合图象分析仪）法，光子相关谱（PCS）（或称动态光散射），比表面积法以及X射线小角散射法（SAXS）等四种。

1．光子相关谱法：该方法是基于分子热运动效应，悬浮于液体中的微细颗粒都在不停地作布朗运动，其无规律运动的速率与湿度和液体的粘度有关，同时也与颗粒本身的大小有关。

对于大的颗粒其移动相对较慢，而小的颗粒则移动较快。

方 法 主要 分 为 固相 反应 法和液 相反应 法 。传统 的 固相 反应 法 是 以 ｑ 和 ＢＣ ３经 高 温反 应 制取 ａＯ 钛酸 钡粉 体 ， 法产 品杂 质含 量 高 ， 粒粗 ， 匀 该 颗 均 性差 ， 体烧 结 温度高 。与高 温固 相反应相 比， 粉 液
真空干燥箱 中于室温 一１ ￣温 度下充分干燥 ， ２Ｃ ． ０ 研 碎成 细粉 后 ． 于相 形 电阻炉 中于 ７０—１０ ｏ 置 ０ １ Ｃ下 ０ 煅烧 ２０ ， ．ｈ取出冷却后 ， 研细即得钛酸钡超细粉体。
采用溶 胶． 凝胶 法 制备 钛酸钡 物 体 的研究 ， 但未 见 有 以钛酸 丁酯 及醋 酸钡为原 料制 备钛 酸钡 超 细粉 体 的研究 。本文对 以钛酸 丁酯和 醋酸钡 为原料 通
过溶胶． 凝胶法所制得 的钛酸钡粉体进行了研究。
１ 实验 部 分
１１ 实验 方法 ．
将 ０１ ｌ ． 钛酸 丁 酯溶 于 ０６ ｏ 异丙醇 中 ， ｍ０ ．ｍ ｌ 搅 拌 ０５ ， 室温 、 拌 条件 下 ， 加 ０ ３ ｏ 的冰 醋 ．ｈ任 搅 滴 ．ｔｌ ｏ 酸， 滴加完毕后 继续 搅拌 ０５ ， ．ｈ得近 乎 透 明的钛酰
１２ 粉体表 征 ．
采用 透 射 电镜 （ Ｅ ［ Ｔ Ｍ） 日本 产 ， 日立 Ｈ８０ －０ 型， 工作条 件 ： 加速 电 压 ￣ｏ ｖ 分 析 钛 酸钡 超 细 Ｋ ］ 粉 体的粒 径 大小 、 布 及 颗 粒形 貌 ； 用 ｘ射 线 分 采 ＿
相法合成的钛 酸钡粉体具有化学纯度高 ， 颗粒细 小 ， 度分布 均匀 等优 点。特别 是 以醇盐 为原料 ， 粒
体的 ｘ 线衍射图谱 ， 射 分析该图谱可知， ５０ｃ 在 ０ｑ
煅烧 所得 到的样 品． 含有 Ｂ２ｉ４ Ｂ Ｏ 及其 ｓ ０、 Ｔ ∞ 它有机 相， 且样品外观为灰黑色 ， 明有机物未 也说 分解完全。在 ７０ｃ ９０ｃ １ ０ ０ｑ 、Ｃ ｑ和 １ ℃温度下煅烧 ０

钛酸钡的制备和应用钛酸钡是一种常见的无机化合物，其分子式为BaTiO3。

它具有许多独特的性质和应用，是电子、光学和材料科学领域中的重要材料之一。

本文将介绍钛酸钡的制备和应用，并深入探讨其在各个领域中的应用。

一、制备方法1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是钛酸钡制备的一种常用方法，它需要将钛酸酯和钡盐加入溶剂中混合，制备出含有气凝胶的溶胶。

随后将溶胶先在室温下烘干，再在高温下煅烧，就能得到钛酸钡材料。

该方法的优点在于制备出的钛酸钡材料具有高结晶度、均匀分布的微观结构和纳米级的晶粒尺寸，使得它在材料科学和纳米科技领域具有非常广泛的应用。

2. 水热法水热法也是一种常用的钛酸钡制备方法。

它需要将钛酸酯和钡盐加入水溶液中，再加入一定量的氢氧化钠作为催化剂，经过高温高压的处理，即可得到钛酸钡材料。

该方法的优点在于反应条件温和，操作简单，同时也能制备出具有高结晶度和均匀的微观结构的钛酸钡材料。

二、应用领域1. 钛酸钡在电子领域的应用钛酸钡具有独特的介电性质，因此在电子领域中得到广泛的应用。

它不仅可以制备出高电容铁电材料，用于电容器和MEMS器件中，还可以作为压电陶瓷用于超声波传感器和换能器。

此外，钛酸钡还可以用于制备晶体管和太阳能电池电极，为移动通信和固态储存器提供更高效的性能。

2. 钛酸钡在光学领域的应用钛酸钡的介电和光学性质也使其成为光学领域中的一种重要材料。

它可以用于制备出高效的可见光电介质，用于光学记录和储存等领域中，还可以用于制备可调谐激光器和频率倍增器等器件。

此外，钛酸钡还可以用于制备压电陶瓷，作为光学传感器和无线光通信设备中的压电换能器。

3. 钛酸钡在材料科学领域的应用因为钛酸钡具有良好的介电和压电性质，因此在材料科学领域中也得到了广泛的应用。

它可以制备铁电和压电材料，用于声波传感器、鸣笛器和流量传感器的制作中。

此外，钛酸钡还可以用于制备超导薄膜、固态电解质和防辐射材料等，以满足不同领域中的需求。

三、总结钛酸钡是一种重要的无机化合物，具有良好的介电、压电和光学性质，因此在电子、光学和材料科学领域中得到了广泛的应用。