1.本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种钛酸钡纳米粉体的制备方法。


背景技术：

2.钛酸钡(batio3)具有优异的介电、铁电和压电性能，在铁电陶瓷和微电子领域是一种非常有吸引力的材料。钛酸钡的高介电常数和低介电损耗特性使其成为电子陶瓷、ptc热敏电阻和片式多层陶瓷电容器(mlcc)等应用的理想选择。
3.钛酸钡粉体合成方法的选择取决于成本，但更重要的是最终的应用。粉体的质量不仅受合成路线的影响，还受原料的影响。电子设备的日益小型化使尺寸更小、形貌可控的粉体需求量不断升高。具有独特介电性能的钛酸钡粉末的成功合成在很大程度上取决于纯度和晶体结构。传统固相法反应温度高、固相反应不均匀，而且制备的钛酸钡粉体具有高度团聚、粒径大(2～5μm)、杂质含量高等问题；共沉淀法需要控制的条件较多，而且很难达到按化学计量比同时沉淀ba
2+
和ti
4+
的最佳条件；溶胶-凝胶法制备的钛酸钡粉体粒径小(20～100nm)、杂质少，但结晶度较低，形貌不均一；水热法不需要复杂的设备和昂贵的试剂，但合成的钛酸钡粉体粒径分布相对较宽，且形貌相对难以控制。
4.综上所述，目前采用传统方法制备出的钛酸钡粉体存在严重团聚、粒径大、杂质含量高、结晶度较低、粒径分布相对较宽，反应温度高、反应不均匀、粉体形貌相对难以控制等问题，直接影响钛酸钡粉体的性能及应用。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种钛酸钡纳米粉体的制备方法，该方法一方面能降低反应温度、提高反应均匀性、提高粉体形貌的控制性，另一方面还能减少颗粒聚集的情况，所制备出的钛酸钡纳米粉体可具有粒径小且均一、杂质含量低、结晶度高等优点。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种钛酸钡纳米粉体的制备方法，包括如下步骤：
7.(1)将钡盐、钛源、糖类、尿素按照一定比例混合置于容器中，在60～120℃加热条件下搅拌混合均匀得到熔融混合液；
8.(2)将熔融混合液进行加热，直至糖类脱水碳化得到黑褐色固体；
9.(3)将黑褐色固体进行热处理，即得单分散、大小均匀、晶型单一的钛酸钡纳米粉体。
10.优选的，步骤(1)中，钡盐与钛源之间的摩尔比为1：(1～1.5)。
11.优选的，步骤(1)中，钡盐与钛源的总质量、糖类的质量、尿素的质量之比为1：(1～10)：(1～10)。
12.优选的，步骤(1)中，钡盐为硝酸盐、卤代盐、次氯酸盐、醋酸盐、草酸盐中的一种或多种。
13.优选的，步骤(1)中，钛源为四氯化钛、四溴化钛、钛酸四乙酯、钛酸四丁酯、异丙醇
钛中的一种或多种。
14.优选的，步骤(1)中，糖类为葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖、淀粉和糊精中的一种或多种。
15.优选的，步骤(2)中，加热在常压或密闭的反应釜中进行；加热的具体步骤：将熔融混合液微波处理0.1～60min，微波功率为0.1～50kw，或者将熔融混合液在120～250℃的温度条件下加热8～48h。
16.优选的，步骤(3)中，热处理的具体步骤为：将黑褐色固体放置在空气中，于400～600℃下煅烧除碳8～10h得到钛酸钡纳米粉体。
17.优选的，步骤(3)中，热处理的具体步骤为：将黑褐色固体在保护气氛围下，于700～1000℃下热处理4～8h得到碳复合载体负载型纳米钛酸钡材料；再将碳复合载体负载型纳米钛酸钡材料放置在空气中，于400～600℃下除碳4～10h得到钛酸钡纳米粉体。
18.本发明作用原理：本发明通过糖-尿素-盐体系中金属离子与尿素的络合作用以及糖与尿素间的氢键作用形成分子水平混合均匀的无水低共熔体系，该体系在加热条件下发生美拉德反应，通过热力学和动力学的共同调控，实现金属盐水解时均相成核，在分子水平上自组装，一步法将尺寸可控的纳米颗粒均匀分布在多孔碳模板中，形成“火龙果”结构，最后将碳模板在较低温度下煅烧除掉即得到钛酸钡纳米粉体。
19.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
20.(1)本发明通过调节前驱体(钡盐和钛源)、糖类和尿素之间的比例来调节钛酸钡纳米粉体的粒径和孔径的大小，所制备得到的钛酸钡纳米粉体不仅结晶度较高、杂质较少，而且仍然保持较好的单分散性、粒度小且均一的形貌，是制作片式多层陶瓷电容器(mlcc)较为理想的原料；
21.(2)本发明一方面能降低反应温度、提高反应均匀性、提高粉体形貌的控制性，另一方面还能减少颗粒聚集的情况，方法合成路线简单、成本低，因此在工业催化、水处理和电化学等诸多方面具有巨大的应用前景。
附图说明
22.图1为本发明实施例一制备得到的立方相钛酸钡纳米粉体的xrd图；
23.图2为本发明实施例二制备得到的立方相钛酸钡纳米粉体的xrd图；
24.图3为本发明实施例三制备得到的四方相钛酸钡纳米粉体的xrd图；
25.图4为本发明实施例三制备得到的四方相钛酸钡纳米粉体的sem图；
26.图5为本发明实施例四制备得到的四方相钛酸钡纳米粉体的xrd图。
具体实施方式
27.以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
28.以下实施例中的实验药品除特别说明外，均通过市购得到并直接使用。
29.实施例一
30.一种钛酸钡纳米粉体的制备方法，包括如下步骤：
31.(1)将1.3067g(0.005mol)硝酸钡、1.7016g(0.005mol)钛酸四丁酯、4.00g无水葡萄糖、3.01g尿素混合置于容器中，在100℃加热条件下搅拌混合均匀得到熔融混合液；硝酸
钡与钛酸四丁酯之间的摩尔比为1：1；硝酸钡与钛酸四丁酯的总质量、无水葡萄糖的质量、尿素的质量之比为1：1.33：1；
32.(2)将熔融混合液放进120℃烘箱中加热48h，直至糖类脱水碳化得到黑褐色固体；
33.(3)将黑褐色固体置于空气中煅烧除碳，煅烧温度为400℃，煅烧时间为10h，即得钛酸钡纳米粉体，其xrd图如图1所示。
34.从图1中可以看出，钛酸钡粉体为立方相，杂质峰较少，晶型单一。
35.实施例二
36.一种钛酸钡纳米粉体的制备方法，包括如下步骤：
37.(1)将1.2771g(0.005mol)醋酸钡、2.0419g(0.006mol)钛酸四丁酯、33.19g果糖、16.60g尿素混合置于容器中，在90℃加热条件下搅拌混合均匀得到熔融混合液；醋酸钡与钛酸四丁酯之间的摩尔比为1：1.2；醋酸钡与钛酸四丁酯的总质量、果糖的质量、尿素的质量之比为1：10：5；
38.(2)将熔融混合液微波处理0.1min，微波功率为50kw，直至糖类脱水碳化得到黑褐色固体；
39.(3)将黑褐色固体置于空气中煅烧除碳，煅烧温度为600℃，煅烧时间为8h，即得钛酸钡纳米粉体，其xrd图如图2所示。
40.从图2中可以看出，钛酸钡粉体为立方相，晶型较好。
41.实施例三
42.一种钛酸钡纳米粉体的制备方法，包括如下步骤：
43.(1)将1.3067g(0.005mol)硝酸钡、1.4830g(0.0065mol)钛酸四乙酯、22.32g无水葡萄糖、27.90g尿素混合置于容器中，在120℃加热条件下搅拌混合均匀得到熔融混合液；硝酸钡与钛酸四乙酯之间的摩尔比为1：1.3；硝酸钡与钛酸四乙酯的总质量、无水葡萄糖的质量、尿素的质量之比为1：8：10；
44.(2)将熔融混合液微波处理60min，微波功率为0.1kw，直至糖类脱水碳化得到黑褐色固体；
45.(3)将黑褐色固体在氮气保护氛围下加热，煅烧温度为700℃，煅烧时间为8h得到碳复合载体负载型纳米硅酸锆材料，再将碳复合载体负载型纳米硅酸锆材料放置在空气中，于400℃下除碳10h即得钛酸钡纳米粉体，其xrd图和sem图分别如图3、图4所示。
46.从图3中可以看出，钛酸钡粉体为立方相，晶型较好。
47.从图4中可以看出，钛酸钡粉体单分散性好，大小均匀，平均粒径为48nm。
48.实施例四
49.一种钛酸钡纳米粉体的制备方法，包括如下步骤：
50.(1)将1.3067g(0.005mol)硝酸钡、2.5524g(0.0075mol)钛酸四丁酯、3.86g无水葡萄糖、6.00g尿素混合置于容器中，在60℃加热条件下搅拌混合均匀得到熔融混合液；硝酸钡与钛酸四丁酯之间的摩尔比为1：1.5；硝酸钡与钛酸四丁酯的总质量、无水葡萄糖的质量、尿素的质量之比为1：1：1.55；
51.(2)将熔融混合液放进250℃烘箱中加热8h，直至糖类脱水碳化得到黑褐色固体；
52.(3)将黑褐色固体在氩气保护氛围下加热，煅烧温度为1000℃，煅烧时间为4h得到碳复合载体负载型纳米硅酸锆材料，再将碳复合载体负载型纳米硅酸锆材料放置在空气
中，于600℃下除碳4h即得钛酸钡纳米粉体，其xrd图如图5所示。
53.从图5中可以看出，钛酸钡粉体为四方相，晶型较好。
54.实施例五
55.一种钛酸钡纳米粉体的制备方法，包括如下步骤：
56.(1)将0.6534g(0.0025mol)硝酸钡、0.6386g(0.0025mol)醋酸钡、0.8508g(0.0025mol)钛酸四丁酯、0.5704g(0.0025mol)钛酸四乙酯、15g无水葡萄糖、5g果糖、20g尿素混合置于容器中，在80℃加热条件下搅拌混合均匀得到熔融混合液；钡盐与钛源之间的摩尔比为1：1；钡盐与钛源的总质量、糖类的质量、尿素的质量之比为1：9.2：7.4；
57.(2)将熔融混合液放进200℃烘箱中加热24h，直至糖类脱水碳化得到黑褐色固体；
58.(3)将黑褐色固体置于空气中煅烧除碳，煅烧温度为600℃，煅烧时间为8h，即得钛酸钡纳米粉体。