一种化学沉淀法制备Bi0.5Na0.5TiO3的方法与流程

本发明涉及压电材料中bi0.5na0.5tio3制备技术领域，具体涉及一种化学沉淀法制备bi0.5na0.5tio3的方法。

背景技术：

压电材料在传感器、换能器、驱动器中有着广泛的应用，特别是锆钛酸铅[pb(zr,ti)o3·pzt]基的压电材料，由于其优良的压电性能而被广泛应用。但是，该类材料中含有大量含铅的氧化物，容易造成环境中铅污染，极大的限制了该类压电材料的应用与发展。因此，开发新的无铅压电材料代替含铅压电材料，成为压电材料技术领域研究的热点。

bi0.5na0.5tio3(bnt)是一种具有钙钛矿结构的铁电材料，由于具有大的剩余极化(pr＝38uc/cm²)和高的居里转化温度(tc＝320℃)，被认为是最有希望替代pzt压电材料的无铅材料之一。目前，bi0.5na0.5tio3粉体的常用制备方法有固相法、溶胶-凝胶法、水热法等。固相反应法，即将反应的原料球磨混合均匀，通过长时间的高温热处理制备出bi0.5na0.5tio3粉体，是应用最为广泛的方法(matersci[j],2015,50:5328–5336)，但该方法制备出的粉体材料粒径较大、活性低、比表面积小、容易发生成分偏析。溶胶-凝胶法制备的bi0.5na0.5tio3粉体化学成分均一、粒径较小(nanotechnology,2004,15:777–780)，但是工艺流程较为复杂，产率较低。水热合成法可以制备出粒径较小、不同形貌的bi0.5na0.5tio3粉体(mater.chem[j],2009,19:2253–2258)，但是该方法在合成过程中需要采用高浓度的氢氧化钠溶液、保温时间长、产率低。

技术实现要素：

有鉴于此，很有必要提出一种化学沉淀法制备bi0.5na0.5tio3的方法。

一种化学沉淀法制备bi0.5na0.5tio3的方法，包括以下步骤：

制备bi的前驱体溶液：将bi(no3)3·5h2o加入至稀硝酸溶液中，搅拌至完全溶解后得到bi的前驱体溶液；

添加h2tio3模板：将得到的bi的前驱体溶液持续搅拌条件下，加入h2tio3，得到均匀混合的a溶液；

添加沉淀剂：将所述均匀混合的a溶液持续搅拌条件下，加入尿素水溶液，得到b溶液；

添加na2co3溶液：将所述混合b溶液持续搅拌条件下，加入na2co3水溶液，得到c溶液；

干燥：将得到的c溶液静置老化后，干燥至呈块状小颗粒；

煅烧：进一步将干燥后的块状小颗粒煅烧，得到目标bi0.5na0.5tio3粉体。

优选的，在所述制备bi的前驱体溶液中，所述bi(no3)3·5h2o与稀硝酸的物质的量之比为(0.25～1.25)：1。

优选的，在所述制备bi0.5na0.5tio3步骤中，各物质的加入量比例关系满足bi(no3)3·5h2o的物质的量：h2tio3的物质的量：尿素的物质的量：na2co3的物质的量为(0.5～2)：(1～1.5)：(1～10)：(0.5～30)。

优选的，所述干燥步骤中静置老化时间为1～48h。

优选的，所述煅烧步骤中的煅烧温度为560～670℃，煅烧时间为0.5～8h。

优选的，在所述制备bi0.5na0.5tio3步骤中，各物质的加入量比例关系满足bi(no3)3·5h2o的物质的量：h2tio3的物质的量：尿素的物质的量：na2co3的物质的量为1.5:3:17:5。

本发明的技术效果为：采用化学沉淀法制备bi0.5na0.5tio3，以bi(no3)3·5h2o、na2co3和h2tio3作为合成bi0.5na0.5tio3粉体的原料，以尿素溶液作为沉淀剂，先将bi(no3)3·5h2o加入至稀硝酸溶液中，溶解得到含bi³⁺的前驱体溶液，接着在bi³⁺的前驱体溶液中加入h2tio3，得到bi(no3)3与h2tio3的混合溶液，再将尿素溶液缓慢添加至bi(no3)3与h2tio3的混合溶液中，尿素溶液与bi(no3)3反应生成bi2co5在h2tio3溶液中生成沉淀，再将na2co3溶液添加至混合溶液中，得到进一步沉淀物，然后对沉淀物进行干燥、煅烧，生成bi0.5na0.5tio3粉体。

本发明采用尿素溶液作为沉淀剂，尿素溶液能够与bi(no3)3·5h2o的水解产物反应生成bi2co5，使得bi³⁺更容易与h2tio3溶液中生成沉淀。同时使用尿素作沉淀剂更容易通过控制温度来控制溶液的酸碱度，从而控制反应速率，使得沉淀生成的更均匀。

结合上述，本方法制备出的bi0.5na0.5tio3粉体纯度高，通过xrd图谱和tem照片分析，制备的粉体颗粒结晶度好，晶粒尺寸小，产量在96％以上，同时制备过程是一个简单的混合、干燥、煅烧过程，工艺简单、条件温和、易于控制。

附图说明

图1是一较佳实施例制备的bi0.5na0.5tio3的xrd图谱。

图2是一较佳实施例制备的bi0.5na0.5tio3的tem照片。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定，不应以此限制本发明的保护范围。

一种化学沉淀法制备bi0.5na0.5tio3的方法，包括以下步骤：

1)将bi(no3)3·5h2o加入至稀硝酸溶液中，搅拌至完全溶解后得到含bi³⁺的前驱体溶液，所述bi(no3)3·5h2o与稀硝酸的物质的量之比为(0.25～1.25)：1；

2)将得到的bi的前驱体溶液持续搅拌条件下，加入h2tio3，得到均匀混合的a溶液；

3)将所述均匀混合的a溶液持续搅拌条件下，加入尿素水溶液，得到b溶液；尿素溶液能够与bi(no3)3·5h2o的水解产物反应生成bi2co5，使得bi³⁺更容易与h2tio3生成沉淀，同时使用尿素作沉淀剂更容易通过控制温度来控制溶液的酸碱度，从而控制反应速率，使得沉淀反应更均匀；

4)将所述混合b溶液持续搅拌条件下，加入na2co3水溶液，得到c溶液，各物质的加入量比例关系满足bi(no3)3·5h2o的物质的量：h2tio3的物质的量：尿素的物质的量：na2co3的物质的量为(0.5～2)：(1～1.5)：(1～10)：(0.5～30)，各物质的加入量比例也可满足bi(no3)3·5h2o的物质的量：h2tio3的物质的量：尿素的物质的量：na2co3的物质的量的比例为(1.5～6)：(3～4.5)：(3～30)：(1.5～90)；

5)将得到的c溶液静置老化后，干燥至呈块状小颗粒，静置老化时间为1～48h；

6)进一步将干燥后的块状小颗粒在560～670℃煅烧0.5～8h，得到目标bi0.5na0.5tio3粉体。

具体实施例1：

其中mm为毫摩尔

将0.75mmbi(no3)3·5h2o加入到1.0ml1.0mol/lhno3中，并搅拌至完全溶解；

持续搅拌条件下，继续加入1.5mmh2tio3，得到均匀混合a溶液；

持续搅拌条件下，将5.0ml1.7mol/l尿素水溶液缓慢滴加到a溶液中，得到b溶液；

持续搅拌条件下，将5.0ml0.5mol/lna2co3水溶液缓慢滴加到b溶液中，得到c溶液；

将c溶液静置老化48h后，干燥至呈块状小颗粒；

进一步将干燥后的块状小颗粒在610℃下煅烧1h时间，得到目标bi0.5na0.5tio3粉体，产率98％以上。

参见图1，由xrd图谱的衍射峰值来看产物中无bi0.5na0.5tio3粉体以外杂质相的出现。

参见图2，由tem照片可以看出bi0.5na0.5tio3粉体结晶完整，形貌均一。

具体实施例2：

将1.25mmbi(no3)3·5h2o加入到1.0ml1.0mol/lhno3中，并搅拌至完全溶解；

持续搅拌条件下，继续加入2.50mmh2tio3，得到均匀混合a溶液；

持续搅拌条件下，将5.0ml1.0mol/l尿素水溶液缓慢滴加到a溶液中，得到b溶液；

持续搅拌条件下，将1.0ml1.25mol/lna2co3水溶液缓慢滴加到b溶液中，得到c溶液；

将c溶液静置老化24h后，干燥至呈块状小颗粒；

进一步将干燥后的块状小颗粒在610℃下煅烧6h时间，得到目标bi0.5na0.5tio3粉体，产率95％以上。

具体实施例3：

将2.0mmbi(no3)3·5h2o加入到8.0ml1.0mol/lhno3中，并搅拌至完全溶解；

持续搅拌条件下，继续加入1.5mmh2tio3，得到均匀混合a溶液；

持续搅拌条件下，将10ml1.0mol/l尿素水溶液缓慢滴加到a溶液中，得到b溶液；

持续搅拌条件下，将15ml2.0mol/lna2co3水溶液缓慢滴加到b溶液中，得到c溶液；

将c溶液静置老化24h后，干燥至呈块状小颗粒；

进一步将干燥后的块状小颗粒在560℃下煅烧8h时间，得到目标bi0.5na0.5tio3粉体。

具体实施例4：

将0.5mmbi(no3)3·5h2o加入到2.0ml1.0mol/lhno3中，并搅拌至完全

溶解；

持续搅拌条件下，继续加入1.5mmh2tio3，得到均匀混合a溶液；

持续搅拌条件下，将2.0ml5.0mol/l尿素水溶液缓慢滴加到a溶液中，得到b溶液；

持续搅拌条件下，将6.0ml5.0mol/lna2co3水溶液缓慢滴加到b溶液中，

得到c溶液；

将c溶液静置老化24h后，干燥至呈块状小颗粒；

进一步将干燥后的块状小颗粒在670℃下煅烧1h时间，得到目标bi0.5na0.5tio3粉体，产率95％以上。

具体实施例5：

将2mmbi(no3)3·5h2o加入到2.0ml1.0mol/lhno3中，并搅拌至完全溶解；

持续搅拌条件下，继续加入1mmh2tio3，得到均匀混合a溶液；

持续搅拌条件下，将1.0ml1.0mol/l尿素水溶液缓慢滴加到a溶液中，得到b溶液；

持续搅拌条件下，将0.5ml1mol/lna2co3水溶液缓慢滴加到b溶液中，得到c溶液；

将c溶液静置老化1h后，干燥至呈块状小颗粒；

进一步将干燥后的块状小颗粒在670℃下煅烧0.5h时间，得到目标bi0.5na0.5tio3粉体，产率90％以上。

具体实施例6：

将0.5mmbi(no3)3·5h2o加入到2.0ml1.0mol/lhno3中，并搅拌至完全溶解；

持续搅拌条件下，继续加入1mmh2tio3，得到均匀混合a溶液；

持续搅拌条件下，将2ml0.5mol/l尿素水溶液缓慢滴加到a溶液中，得到b溶液；

持续搅拌条件下，将1.0ml0.5mol/lna2co3水溶液缓慢滴加到b溶液中，得到c溶液；

将c溶液静置老化24h后，干燥至呈块状小颗粒；

进一步将干燥后的块状小颗粒在610℃下煅烧1h时间，得到目标bi0.5na0.5tio3粉体，产率90％以上。