水熱法制備鈮酸鹽粉體的研究.pdf

1、KNbO<,3>是一種鈣鈦礦型氧化物，具有很強(qiáng)的鐵電性，應(yīng)用范圍有：壓電、熱釋電、電光、激光倍頻、參量振蕩、相位共軛、非線性光學(xué)以及全息存儲(chǔ)等領(lǐng)域。NaNbO<,3>是室溫下具有類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的反鐵電體，具有強(qiáng)電場誘發(fā)的鐵電性且存在復(fù)雜的結(jié)構(gòu)相變，具有獨(dú)特的物理性質(zhì)：低密度、高聲學(xué)速度、介電常數(shù)、機(jī)械品質(zhì)因數(shù)及壓電常數(shù)取值范圍較寬等。NaNbO<,3>-KNbO<,3>體系有較高的機(jī)電耦合系數(shù)及相對較低的介電常數(shù)。 目前，鈮酸鹽粉

2、體的制備方法很多，主要有固相反應(yīng)法、Sol-gel與沉淀法，在固相反應(yīng)中，利用固相粉體相互混合，再進(jìn)行加熱處理，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后，生成陶瓷化合物。在此過程中，反應(yīng)速度的限制步驟為固相粉體間的擴(kuò)散，因此固相反應(yīng)通常需要在高溫下進(jìn)行，以提供足夠的反應(yīng)驅(qū)動(dòng)力。然而高溫反應(yīng)不僅消耗能源，并且造成合成粉體晶粒的成長。高溫加熱過程亦容易導(dǎo)致易揮發(fā)成分的揮發(fā)，使生成產(chǎn)物偏離應(yīng)有的化學(xué)計(jì)量比。利用Sol-gel與沉淀法時(shí)，雖可合成單相鈮酸鹽，然而需要后期熱

3、處理，溫度仍須600℃，可能使粉體出現(xiàn)硬團(tuán)聚，使分散較為困難，從而影響其使用效果。 本文利用水熱法制備鈮酸鉀、鈮酸鈉以及鈮酸鉀鈉粉體。通過差熱．熱重分析(DSC-TG)、X射線衍射(XRD)、紅外光譜(IR)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)等技術(shù)手段對鈮酸鹽制備工藝中水熱反應(yīng)機(jī)理、水熱結(jié)晶行為、物相組成、鈮酸鹽晶粒的形貌特征進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，并詳細(xì)討論了堿鈮比、堿濃度、水熱反應(yīng)溫度、水熱反應(yīng)時(shí)間等水熱處理工藝對鈮酸鹽

4、粉體的顯微結(jié)構(gòu)及其晶化行為的影響。 研究結(jié)果表明：以Nb<,2>O<,5>和KOH為原料，且KOH部分充當(dāng)為礦化劑，在160℃～240℃條件下，保溫時(shí)間為12h～48h，制備了不同組成的KNbO<,3>粉體，分別探討了鉀鈮比、KOH濃度、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度對合成KNbO<,3>晶型的影響。由XRD和SEM可看出粉體顆粒較細(xì)，均勻，呈正交相鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，由謝樂公式計(jì)算出粉體粒徑在20～30nm之間；TG-DTA分析表明，KNbO<,

5、3>粉體隨著溫度的升高很穩(wěn)定，從室溫到200℃之間有一個(gè)吸熱谷，這對應(yīng)著KN粉體中物理或化學(xué)吸附過程，是水熱法制備的KN粉體表面吸附水的脫附；從200℃到800℃的溫度范圍內(nèi)沒有任何熱變化。說明水熱合成的正交相KNbO<,3>并未經(jīng)歷固相產(chǎn)物的兩個(gè)相變過程。FT-IR光譜和FT-Raman圖譜驗(yàn)證了由于晶粒尺寸進(jìn)入納米量級，粒徑尺寸的分布效應(yīng)和大的比表面引起的表面效應(yīng)而使得紅外吸收帶的寬化和振動(dòng)峰的藍(lán)移；通過SEM和TEM觀察了不同分散

6、方法對粉體分散性的影響，分別采用超聲波分散、高剪切分散乳化機(jī)分散和在由正硅酸乙酯、丙烯酸、無水乙醇按一定的配比配成的混合液中高剪切分散乳化機(jī)分散；結(jié)果表明，超聲處理對粉體的分散效果不明顯，采用高剪切分散處理的粉體分散性能良好，基本上是以單個(gè)顆粒的形式存在。通過以上測試分析，初步探討了水熱合成鈮酸鉀粉體的形成機(jī)理。以Nb<,2>O<,5>和NaOH為原料，KOH為礦化劑，在160℃～200℃條件下，保溫時(shí)間為12h～48h，制備了不同組成

7、的NaNbO<,3>粉體，分別探討了鈉鈮比、NaOH濃度、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度對合成NaNbO<,3>晶型的影響。用XRD表征了在不同條件下所合成粉體的晶型，用SEM觀察到粉體的分散性。測試結(jié)果表明NaNbO<,3>粉體顆粒較細(xì)，分布均勻，呈似立方相鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，粒徑在30～40nm之間。 以Nb<,2>O<,5>、KOH和NaOH為原料，且KOH部分充當(dāng)為礦化劑，在140℃～180℃條件下，保溫時(shí)間為12h～48h，制備了不同組成