本发明专利技术属于压电材料技术领域，公开了一种板状钛酸铋钠(Na
【技术实现步骤摘要】
一种板状钛酸铋钠模板晶粒及其制备方法和应用
本专利技术属于压电材料
，更具体地，涉及一种板状钛酸铋钠(Na0.5Bi0.5TiO3)模板晶粒及其制备方法和应用。
技术介绍
自从1880年发现压电效应以来，人类从来没有停止过对压电材料的研究。它无论在民用仪器还是军用武器上面的驱动器、传感器、换能器，压电材料都是必不可少的、无可代替的。因此各国都争先恐后地在压电材料的研究上做了一系列的工作。过去的几十年，无论是在应用还是理论研究上面，铅基压电陶瓷一直占据着主流，例如PZT,PMN-PT,PIN-PM-N-PT等，它们都有很好的压电性能。然而，铅基压电陶瓷有一个最为致命的缺点是含有铅，它会对环境造成污染，这与目前各国倡导的环境友好型社会大相径庭。于是，近年来，越来越多的科研人员一直在寻找一种无铅材料来代替铅基压电陶瓷。KNN系、BT系、NBT系是目前发现的有可能代替铅基材料的三大体系，这其中NBT系无疑是最有希望的，因为它拥有不错的介电性和压电性，但是它与铅基压电陶瓷还是有点差距。因此人们一直在研究一种可以提高NBT基压电陶瓷性能的方法，然而织构化技术可以大幅度地提高NBT基的压电性能。关于织构化技术，模板晶粒生长(TGG)和反应模板晶粒生长(RTGG)是最为简单有效的方法。模板晶粒生长(TGG)和反应模板晶粒生长(RTGG)中最为重要的一个步骤就是要有各向异性的模板晶粒，而最好的模板晶粒还是NBT本身。NBT通过传统的固相反应或者一步熔盐合成是很难得到的，因为它属于钙钛矿类型，具有很高的对称性，从而自发地长成立方结构。WeiZhaoetal,MengjiaWuetal,SinanDursunetal通过拓扑化学反应制得了板状的NBT模板晶粒，但从工艺和板状形貌来看，它们还有待改善。WeiZhaoetal通过三步法得到板状的NBT，从形貌来看是非常不规则的片状，而且这些片状晶粒还有表面缺陷；MengjiaWuetal通过两步法得到板状的NBT，虽然这些片状晶粒没有表面缺陷，但是形貌是不规则的；SinanDursunetal基于WeiZhaoetal的三步法基础上加入过量的Na2CO3得到的形貌规则的片状晶粒，但片子的厚度过厚，产物有Bi2O3，而去除Bi2O3增加了一道工序，同时去除Bi2O3会用到硝酸会对环境造成污染；王卓等人在2019年专利技术了一步熔盐法合成NBT，但是从形貌来看是不规则的。此外这些NBT的合成温度均高于900℃，这相对于本专利技术的合成温度高。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本专利技术的目的在于提供了一种板状钛酸铋钠(Na0.5Bi0.5TiO3)模板晶粒。该模板晶粒呈现出片状，径向尺寸为5～20μm，厚度为0.76～1.2μm，具有很好的方向比，是模板晶粒生长(TGG)和反应模板晶粒生长(RTGG)的理想模板。本专利技术另一目的在于提供了上述板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒的制备方法。该方法首先在熔盐下合成板状Bi4Ti3O12前驱体，然后该前驱体与过量的Na2CO3、TiO2发生拓扑化学反应在760～840℃得到Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒。本专利技术再一目的在于提供了上述板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒的应用。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种板状钛酸铋钠(Na0.5Bi0.5TiO3)模板晶粒，所述板状钛酸铋钠模板晶粒是先将Bi2O3、TiO2、熔盐和乙醇，加入ZrO2球进行球磨，烘干，在1000～1200℃下烧结，所得粉体经超声洗涤后，得到前驱体Bi4Ti3O12；然后将前驱体Bi4Ti3O12加入Na2CO3、TiO2、NaCl和乙醇进行球磨混合，烘干后在760～840℃下烧结，所得粉体再经洗涤后制得。优选地，所述Bi2O3和TiO2的摩尔比为(2.01～2.03)：3。优选地，所述熔盐为NaCl和KCl，其中，NaCl和KCl的摩尔比为1：(1～1.5)。优选地，所述Bi2O3和TiO2的总质量、熔盐、ZrO2球和乙醇的质量比为1：(1～2)：(2～3)：(1～1.5)。优选地，所述洗涤的试剂为80～120℃的去离子水，所述洗涤的次数为10～15次。优选地，所述超声的时间为1～3h，所述球磨的时间为12～24h，所述搅拌的时间为1～3h。优选地，所述前驱体Bi4Ti3O12：Na2CO3：TiO2的摩尔比为1：(2.3～2.9)：5；所述前驱体Bi4Ti3O12和NaCl的质量比为1：(2～2.3)；所述Bi4Ti3O12，Na2CO3，TiO2和NaCl的总重量与乙醇的质量比为1：(1～1.5)。优选地，所述在1000～1200℃下烧结的时间为2～3h，所述在760～840℃下烧结的时间为2～4h。所述的板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒的制备方法，包括如下具体步骤：S1.将Bi2O3、TiO2、熔盐和乙醇进行球磨，烘干，在1000～1200℃下烧结，所得粉体经超声洗涤后，得前驱体Bi4Ti3O12；S2.过量30～90mol％的Na2CO3、TiO2、NaCl和乙醇进行球磨的混合物；S3.将前驱体Bi4Ti3O12加入混合物进行搅拌，烘干，在760～840℃下烧结，所得粉体经洗涤后，得到板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒。所述的板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒在织构化无铅压电陶瓷领域中的应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术的板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒具有高的方向比，径向尺寸为5～20μm，厚度为0.76～1.2μm，是无铅压电陶瓷织构化所需要的理想模板晶粒。2.本专利技术的板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒能成为NBT基织构化过程的模板晶粒，对于提高织构化NBT基压电陶瓷的致密度，取向度，压电性能，起到了积极的作用。3.本专利技术在760～840℃的低温下合成，制作工艺简单，节能，适合大规模生产。附图说明图1为实施例1制得的板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒(Na2CO3过量30％摩尔；温度760℃)的SEM照片。图2为实施例2制得的板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒(Na2CO3过量30％摩尔；温度840℃)的SEM照片。图3为实施例3制得的板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒(Na2CO3过量90％摩尔；温度760℃)的SEM照片。图4为实施例4制得的板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒(Na2CO3过量90％摩尔；温度840℃)的SEM照片。图5为对比例1制得的板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒(Na2CO3过量0％摩尔；温度760℃)的SEM照片。图6为对比例2制得的板状Na0.5Bi0.5TiO3模板晶粒(Na2CO3过量0％摩尔；温度840℃)的SEM照片。具体实施方式下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种板状钛酸铋钠模板晶粒，其特征在于，所述板状钛酸铋钠模板晶粒是先将Bi
【技术特征摘要】
1.一种板状钛酸铋钠模板晶粒，其特征在于，所述板状钛酸铋钠模板晶粒是先将Bi2O3、TiO2、熔盐和乙醇，加入ZrO2球进行球磨，烘干，在1000～1200℃下烧结，所得粉体经超声洗涤后，得到前驱体Bi4Ti3O12；然后将前驱体Bi4Ti3O12加入Na2CO3、TiO2、NaCl和乙醇进行球磨混合，烘干后在760～840℃下烧结，所得粉体再经洗涤后制得。
2.根据权利要求1所述得板状钛酸铋钠模板晶粒，其特征在于，所述Bi2O3和TiO2的摩尔比为(2.01～2.03)：3。
3.根据权利要求1所述的板状钛酸铋钠模板晶粒，其特征在于，所述熔盐为NaCl和KCl，其中，NaCl和KCl的摩尔比为1：(1～1.5)。
4.根据权利要求1所述的板状钛酸铋钠模板晶粒，其特征在于，所述Bi2O3和TiO2的总质量、熔盐、ZrO2球和乙醇的质量比为1：(1～2)：(2～3)：(1～1.5)。
5.根据权利要求1所述的板状钛酸铋钠模板晶粒，其特征在于，所述洗涤的试剂为80～120℃的去离子水，所述洗涤的次数为10～15次。
6.根据权利要求1所述的板状钛酸铋钠模板晶粒，其特征在于，所述超声的时间为1～3h，所述球磨的时间为12～24h，所述搅拌...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄荣厦，黎家就，蔡春晖，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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