本发明专利技术涉及一维柱状结构锆掺杂钛酸铅单晶纳米纤维的制备方法,该方法采用的是水热反应法，以乙二醇甲醚作为溶解钛离子和锆离子的溶剂，利用氨水作为沉淀剂沉淀钛离子和锆离子；利用表面修饰剂聚乙烯醇实现生长方向的调控；最后利用矿化剂氢氧化钾来促进晶化，实现一维柱状结构锆掺杂钛酸铅单晶纳米纤维的合成。本发明专利技术工艺过程简单，易于控制，无污染，成本低，易于大规模生产；制得的一维柱状结构锆掺杂钛酸铅单晶纳米纤维，纯度高，分散性好。
Preparation method of zirconium doped lead titanate single crystal nanofiber with one-dimensional columnar structure
The invention relates to a preparation method of one-dimensional columnar structure of zirconium doped lead titanate single crystal nano fiber, the method using the hydrothermal method, using ethylene glycol ether as dissolution of titanium ions and zirconium ions solvent, using ammonia as the precipitant precipitation of titanium ions and zirconium ions; the surface modification agent of polyvinyl alcohol to achieve growth the direction; finally using potassium hydroxide mineralizer to promote crystallization, synthesis of one-dimensional cylindrical structure of zirconium doped lead titanate single crystal nano fiber. The invention has the advantages of simple process, easy control, no pollution, low cost and easy mass production. The one-dimensional columnar structure zirconium doped lead titanate single crystal nanofiber has high purity and good dispersibility.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于无机 非金属材料领域。
技术介绍
传统钙钛矿结构的钛酸铅是最具代表性的铁电氧化物材料之一，对于理解和认识 钙钛矿氧化物材料的铁电性起源、合成设计新型的铁电材料具有重要的理论价值。钛酸铅 具有优异的铁电、压电、介电性能，因此在非挥发性铁电存储器、压电传感器、热释电敏感器 和高介电电容器等电子领域有着广泛的应用。传统钙钛矿结构的H^rxTihO3 (PZT)是研 究最多的性能优异的压电、铁电材料，被广泛地应用于IC领域的微电子器件，如传感器、驱 动器、晶体管器件和非挥发性铁电存储器等。并由于其压电系数、机电耦合系数、介电常数 和自发极化率高，故其在如声纳、水听器、超声发生器、高伏特发电机和位置微调器等机电 耦合器件方面也有很大的应用。浙江大学首次使用高分子辅助水热法制得一维柱状结构的钛酸铅单晶纳米管 (Zhaohui Renj Gang Xuj Yong Liuj Xiao Weij Yihan Zhuj Xiaobin Zhang, Guanglie Lvj Youwen Wang, Yuewu Zengj Piyi Duj Wenjian Wengj Ge Shenj J. Ζ. Jiang and Gaorong Han, PbTiO3 Nanofibers with Edge-Shared TiO6 Octahedra，2010，132 (16)， 5572-5573.)。这种结构的钛酸铅晶体，其钛氧八面体是通过共边连接形成一维柱状结构。 而锆掺杂进入一维柱状结构钛酸铅，获得一维柱状结构锆掺杂钛酸铅单晶纳米纤维，国内 外均未见有关的制备方法和工艺报道。一维柱状结构锆掺杂钛酸铅纳米纤维在光学性能和 压电性能方面表现出很优异的性能，并且在电场作用下能够发生弯曲现象，是一种性能非 常优异的材料，具有很大的研究价值和应用潜力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种工艺简单，过程易于控制的一维柱状结构锆掺杂钛酸 铅单晶纳米纤维的制备方法。一维柱状结构锆掺杂钛酸铅单晶纳米纤维的制备方法，包括以下工艺步骤1)按欲合成的一维柱状结构锆掺杂钛酸铅单晶纳米纤维的化学式I3WrxTihO3计量， 0. 001 ^X <0.3，称取钛酸丁酯和锆源共同溶于乙二醇甲醚中；调节Ti4+离子浓度为 0. 4995-0. 35mol/L, Zr4+ 离子浓度为 0. 0005-0. 15mol/L;2)搅拌状态下，向步骤1)制得的钛酸丁酯和锆源的混合溶液中滴入质量浓度30%的 氨水溶液，使钛酸丁酯和锆源水解沉淀，过滤，洗涤，获得钛和锆的羟基氧化物沉淀；3)将硝酸铅溶于去离子水，形成硝酸铅水溶液，调节1 2+离子浓度为0.5-1. 5mol/L;4)将氢氧化钾和聚乙烯醇分别溶于去离子水，配置浓度为0.5-2mol/L的氢氧化钾水 溶液和浓度为2-8g/L的聚乙烯醇水溶液；5)将以上制得的钛和锆的羟基氧化物沉淀、硝酸铅水溶液、氧化钾水溶液和聚乙烯醇水溶液加入到聚四氟乙烯的反应釜内胆中，用去离子水调节其体积为反应釜容积的 2/3 4/5，搅拌不少于5分钟，得到悬浮液；6)将步骤5)配置有反应物料的反应釜内胆置于反应釜中，密闭，置于180-200°C的炉 中保温，反应8-12小时后，置于空气中自然降温至室温，取出反应产物，过滤，用去离子水 清洗，烘干，得到一维柱状结构锆掺杂钛酸铅单晶纳米纤维。本专利技术所制备的一维柱状结构 锆掺杂钛酸铅单晶纳米纤维，其锆的掺杂含量为0-30%。本专利技术所采用的硝酸铅，钛酸丁酯，锆源，氢氧化钾和聚乙烯醇等化学试剂的纯度 均不低于化学纯。本专利技术所采用的锆源可以为锆酸丁酯或氧氯化锆。本专利技术采用水热反应，以乙二醇甲醚作为溶解钛离子和锆离子的溶剂，利用氨水 作为沉淀剂沉淀钛和锆离子；利用表面修饰剂聚乙烯醇实现生长方向的调控；最后利用矿 化剂氢氧化钾来促进晶化，实现一维柱状结构锆掺杂钛酸铅单晶纳米纤维的合成。本专利技术 工艺过程简单，易于控制，无污染，成本低，易于大规模生产；制得的一维柱状结构锆掺杂钛 酸铅单晶纳米纤维，纯度高，分散性好。附图说明图1是一维柱状结构I^ratl5Tia95O3单晶纳米纤维的XRD图谱。图2是一维柱状结构H^ratl5Tia95O3单晶纳米纤维的扫描电镜图片。图3是一维柱状结构H^ra2Tia8O3单晶纳米纤维的能谱图。具体实施例方式以下结合实施例对本专利技术方法作进一步详细说明。实施例11)按欲合成的一维柱状结构铁掺杂钛酸铅单晶纳米纤维的化学式 PbZrxTi1^xO3(X=O- 001)计量，称取钛酸丁酯和锆酸丁酯共同溶于乙二醇甲醚中，获得淡黄 色透明液体；调节Ti4+离子浓度为0. 4995mol/L, Zr4+离子浓度为0. 0005mol/L;2)搅拌状态下，向步骤1)制得的钛酸丁酯和锆酸丁酯的淡黄色透明液体中滴入2ml 质量浓度30%的氨水溶液，使钛酸丁酯和锆酸丁酯水解沉淀，去离子水洗涤3次除去氨根离 子，获得钛和锆的羟基氧化物沉淀；3)将硝酸铅溶于去离子水，形成硝酸铅水溶液，调节1 2+离子浓度为1.5mol/L;4)将氢氧化钾和聚乙烯醇分别溶于去离子水，配置浓度为0.5mol/L的氢氧化钾水溶 液和浓度为8g/L的聚乙烯醇水溶液；5)将以上制得的钛的羟基氧化物白色沉淀、硝酸铅水溶液、氧化钾水溶液和聚乙烯醇 水溶液加入到聚四氟乙烯的反应釜内胆中，用去离子水调节其体积为反应釜容积的2/3，磁 力搅拌器搅拌5分钟，得到悬浮液；6)将步骤5)配置有反应物料的反应釜内胆置于反应釜中，密闭，置于200°C的炉中保 温，反应12小时后，置于空气中自然降温至室温，取出反应产物，过滤，用去离子水清洗，将 氢氧化钾和聚乙烯醇与合成的一维柱状结构锆掺杂钛酸铅单晶纳米纤维充分分离，烘干， 得到一维柱状结构H^aocllTia 999O3的单晶纳米纤维。实施例21)按欲合成的一维柱状结构铁掺杂钛酸铅单晶纳米纤维的化学式H3ZrxTihO3 (X=O. 05)计量，称取钛酸丁酯和锆酸丁酯共同溶于乙二醇甲醚中，获得淡黄色透明液体； 调节Ti4+离子浓度为0. 475mol/L, Zr4+离子浓度为0. 025mol/L;2)搅拌状态下，向步骤1)制得的钛酸丁酯和锆源的淡黄色透明液体中滴入2ml质量 浓度30%的氨水溶液，使钛酸丁酯和锆酸丁酯水解沉淀，去离子水洗涤3次除去氨根离子， 获得钛和锆的羟基氧化物沉淀；3)将硝酸铅溶于去离子水，形成硝酸铅水溶液，调节1 2+离子浓度为lmol/L;4)将氢氧化钾和聚乙烯醇分别溶于去离子水，配置浓度为lmol/L的氢氧化钾水溶液 和浓度为4g/L的聚乙烯醇水溶液；5)将以上制得的钛和锆的羟基氧化物沉淀、硝酸铅水溶液、氧化钾水溶液和聚乙烯醇 水溶液加入到聚四氟乙烯的反应釜内胆中，用去离子水调节其体积为反应釜容积的3/4，磁 力搅拌器搅拌5分钟，得到悬浮液；6)将步骤5)配置有反应物料的反应釜内胆置于反应釜中，密闭，置于200°C的炉中保 温，反应11小时后，置于空气中自然降温至室温，取出反应产物，过滤，用去离子水清洗，将 氢氧化钾和聚乙烯醇与合成的一维柱状结构锆掺杂钛酸铅单晶纳米纤维充分分离，烘干， 得到一维柱状结构PbZratl5Tia95O本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一维柱状结构锆掺杂钛酸铅单晶纳米纤维的制备方法，其特征在于包括以下工艺步骤：１）按欲合成的一维柱状结构锆掺杂钛酸铅单晶纳米纤维的化学式ＰｂＺｒｘＴｉ１－ｘＯ３计量，０．００１≤Ｘ ≤０．３，称取钛酸丁酯和锆源共同溶于乙二醇甲醚中；调节Ｔｉ４＋离子浓度为０．４９９５－０．３５ｍｏｌ／Ｌ， Ｚｒ４＋离子浓度为０．０００５－０．１５ｍｏｌ／Ｌ；２）搅拌状态下，向步骤１） 制得的钛酸丁酯和锆源的混合溶液中滴入质量浓度３０％的氨水溶液，使钛酸丁酯和锆源水解沉淀，过滤，洗涤，获得钛和锆的羟基氧化物沉淀；３）将硝酸铅溶于去离子水，形成硝酸铅水溶液，调节Ｐｂ２＋离子浓度为０．５－１．５ｍｏｌ／Ｌ；４）将氢氧化钾和聚乙烯醇分别溶于去离子水，配置浓度为０．５－２ｍｏｌ／Ｌ的氢氧化钾水溶液和浓度为２－８ｇ／Ｌ的聚乙烯醇水溶液；５）将以上制得的钛和锆的羟基氧化物沉淀、硝酸铅水溶液、氧化钾水溶液和聚乙烯醇水溶液加入到聚四氟乙烯的反应釜内胆中，用去离子水调节其体积为反应釜容积的２／３～４／５，搅拌不少于５分钟，得到悬浮液；６）将步骤５） 配置有反应物料的反应釜内胆置于反应釜中，密闭，置于１８０－２００ｏＣ的炉中保温，反应８－１２小时后，置于空气中自然降温至室温，取出反应产物，过滤，用去离子水清洗，烘干，得到一维柱状结构锆掺杂钛酸铅单晶纳米纤维。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：韩高荣，肖珍，任召辉，徐刚，魏晓，刘振亚，翁文剑，杜丕一，沈鸽，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86
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