论文部分内容阅读
近年来随着电子行业的发展,电子元器件随之朝微型、轻量、薄型和高稳定的方向发展,对于制备电子元件的粉体要求越来越高,因此围绕着电子陶瓷粉体的制备展开重点研究,希望得到晶型好、纯度高、均一性好的纳米粉体。TiO2粉体作为一种重要的功能材料,在各领域中有着广泛的应用,低温下单一的金红石型TiO2粉体的制备一直是研究的重点。SrTiO3粉体具有高的介电常数和低的介电损耗,广泛应用于高压电容器、晶界层电容器、压敏和热敏电阻中,对SrTiO3的研究一直是个很活跃的领域。
超声化学法是一种高效、快捷的制备纳米材料的方法,本论文以TiCl4和HCl为原料,采用超声化学法制备出了单一金红石型的TiO2粉体。通过改变反应条件发现,反应温度60℃以上得到TiO2粉体,随着反应温度的升高所得TiO2粉体的颗粒尺寸减小。超声反应时间的延长能够促使TiO2晶体长大。反应物TiCl4的浓度增加所得TiO2粉体的颗粒尺寸变大。颗粒较大的球形TiO2由大量TiO2纳米晶聚集而成。
在此基础上,以TiCl4和SrCl2·6H2O为原料,采用超声化学法制备了星形、方形和球形SrTiO3纳米粉体,研究了不同反应条件对产物形貌、尺寸和物相的影响,探讨了超声化学法所得SrTiO3颗粒的形成机理。
研究发现,超声反应时间为40 min时可以得到结晶度良好,尺寸均一的SrTiO3纳米粉体。初始反应物Sr/Ti摩尔比对SrTiO3的形貌、尺寸和纯度有影响,随着Sr/Ti摩尔比的增加,SrTiO3颗粒的尺寸变小,均一性变差,且SrCO3杂质含量增多。反应温度在一定温度范围内对SrTiO3形貌和尺寸的影响较小,反应温度为70℃就能得到结晶度良好的SrTiO3纳米粉体。pH值和初始反应物离子浓度对SrTiO3的形貌和尺寸影响最显著,星形、方形和球形SrTiO3颗粒在不同的pH值下各有一定的合成离子浓度范围,从而得到SrTiO3颗粒形貌的演变规律。低离子浓度低pH值易合成星形SrTiO3颗粒,高离子浓度高pH值易合成球形SrTiO3颗粒,且随着离子浓度和pH值的增加,SrTiO3颗粒尺寸变小。
通过高分辨电子显微技术,研究了SrTiO3颗粒的形成机理。不同离子浓度和pH值条件下形成不同形状的SrTiO3颗粒,而不同形状的SrTiO3颗粒形成机理不同。在低离子浓度和低pH值下,晶体成核速度较慢,而晶体生长速度比较快,SrTiO3沿着<111>方向择优生长,形成星形SrTiO3颗粒。提高离子浓度或是提高溶液pH值,晶体成核速度变快,晶体生长变慢,沿着<100>方向和沿着<111>方向的生长速度差距变小,星形对称角之间的空隙由{110}和{100}面的生长所填补,形成方形SrTiO3颗粒。球形SrTiO3颗粒的形成是原位转变的过程。首先TiCl4在碱性溶液中水解形成TiO2·nH2O胶体,在超声波辐射作用下,溶液中的Sr2+不断的向TiO2·nH2O胶体颗粒内部扩散,并与TiO2·nH2O胶体反应,胶体颗粒不断结晶长大,形成球形SrTiO3颗粒。