一种微波水热法制备纳米Sr(Fe0.5Nb0.5)O3粉体的方法与流程

本发明涉及湿化学法制备纳米粉体技术，具体为一种微波水热法制备纳米Sr(Fe0.5Nb0.5)O3粉体的方法。

背景技术：
随着电子信息工业的发展，巨介电常数材料在电子元器件的小型化、微型化、集成化以及储能材料领域有着潜在的应用前景。Sr(Fe0.5Nb0.5)O3陶瓷具有与Sr(Fe0.5B0.5)O3(B＝Nb，Ta)陶瓷类似的巨介电效应，在室温附近存在一个巨介电常数平台，其介电常数可达103。此外，Sr(Fe0.5Nb0.5)O3陶瓷是一种弛豫铁电体材料，具有极高的介电常数以及良好的温度稳定性和频率稳定性，因此，在陶瓷电容器方面有着广泛的应用前景。细晶粒尺寸的陶瓷介电材料往往会表现出更优越的介电性能，这就要求选用的粉体晶粒尺寸尽可能小，因此制备纳米尺寸的Sr(Fe0.5Nb0.5)O3粉体就成为了关键。目前大多数Sr(Fe0.5Nb0.5)O3材料都采用传统固相法制备，但固相法制备的陶瓷往往有着大的晶粒尺寸、长的球磨周期、高的煅烧温度和低的可烧结性等缺陷，限制了陶瓷性能的提高。

技术实现要素：
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种微波水热法制备纳米Sr(Fe0.5Nb0.5)O3粉体的方法，该方法工艺简单，周期短且节省能源，制得粉体粒径小而均匀。本发明是通过以下技术方案来实现：一种微波水热法制备纳米Sr(Fe0.5Nb0.5)O3粉体的方法，包括如下步骤，(1)按照摩尔比为2:1:1称量原料Sr(NO3)2、Fe(NO3)3·9H2O和NbCl5；(2)将Sr(NO3)2加入去离子水中，持续搅拌直至完全溶解；(3)将Fe(NO3)3·9H2O加入步骤(2)所得的Sr(NO3)2水溶液中，并向其中滴入8～15滴双氧水，得到混合溶液A；(4)将NbCl5加入稀盐酸溶液中，持续搅拌直至NbCl5完全溶解；再将NbCl5的盐酸溶液滴加到混合溶液A中，混合均匀得到混合溶液B；(5)用NaOH溶液滴定混合溶液B，调节混合溶液B的pH至13及以上，形成Sr(Fe0.5Nb0.5)O3的共沉淀前驱体；(6)将步骤(5)获得的Sr(Fe0.5Nb0.5)O3前驱体溶液转移至微波水热反应釜中，在180～220℃下反应1～1.5h得到的粉体，将粉体水洗数次后烘干，获得纳米级Sr(Fe0.5Nb0.5)O3粉体。优选的，所述的步骤(3)中，双氧水的浓度为30％。优选的，所述的步骤(3)中，Sr(NO3)2和Fe(NO3)3·9H2O的混合溶液搅拌时间为1～2h。优选的，所述的步骤(4)中，稀盐酸的浓度为1～3mol/L；NbCl5的溶解搅拌的时间为10～15h。优选的，所述的步骤(4)中，加入NbCl5的盐酸溶液后，混合溶液B混合均匀时，搅拌时间为1～2h。优选的，所述的步骤(5)中，NaOH溶液的浓度为5～10mol/L；NaOH溶液的滴定速率为2～3mL/min。优选的，所述的步骤(5)中，Sr(Fe0.5Nb0.5)O3的共沉淀前驱体呈棕褐色。优选的，所述的步骤(2)中，得到的Sr(NO3)2水溶液浓度为0.06～0.09mol/L。优选的，所述的步骤(4)中，得到的NbCl5的盐酸溶液浓度为0.06～0.09mol/L。优选的，所述的步骤(6)中，物料的洗涤次数为8～12遍；烘干温度为80～100℃。与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：本发明采用快速高效的微波水热法制备纳米Sr(Fe0.5Nb0.5)O3粉体，从而改善了传统固相法制备该粉体时所带来的粒径大、实验周期长、煅烧温度高以及可烧结性低等缺点。与传统固相法相比，该方法具有更加快速高效且节省能源的优点。通过这种可控的湿化学法制备Sr(Fe0.5Nb0.5)O3粉体，可精确控制化学计量比，减少了杂质元素掺杂的机会；相比于利用其他方法制备Sr(Fe0.5Nb0.5)O3粉体，该方法反应时间大大缩短，反应温度大幅度降低，而且粉体不需要后期煅烧的工序，显著节省了能源，且操作简单，工艺重复性好。特别是，该方法制备的纳米Sr(Fe0.5Nb0.5)O3粉体纯度高，粒度分布均匀，分散性好，平均尺寸在30nm左右。使用本发明制备的纳米Sr(Fe0.5Nb0.5)O3粉体，不仅可以减小后期陶瓷的晶粒尺寸，而且可以使得陶瓷的介电性能得到极大地改善，如：介电损耗降低，温度稳定性和频率稳定性得到提高等，使得该材料可适应更广泛的环境条件，极大地提高了其应用价值。进一步，滴加双氧水作为促进剂和稳定剂，使粉体颗粒更均匀。进一步，通过控制NbCl5在盐酸溶液中的搅拌时间，使得NbCl5能够完全溶解，从而提高化学计量比的精确度。进一步，通过控制混合溶液的搅拌时间，从而能够提高前驱物的均匀性，从而保证产品的纯度。进一步，通过控制NbCl5盐酸溶液和NaOH溶液滴加速率，加强对本发明的粉体颗粒形貌的可控度。进一步，本发明反应温度低，无需煅烧，节约能源，制得的粉体颗粒均匀且均为纳米级别。附图说明图1为本发明实例制备的纳米Sr(Fe0.5Nb0.5)O3粉体X射线衍射图谱。图2为本发明实例制备的纳米Sr(Fe0.5Nb0.5)O3粉体的扫描电子显微镜图像。具体实施方式下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。本发明提供了一种微波水热法制备Sr(Fe0.5Nb0.5)O3纳米粉体的方法，工艺简单，反应温度低，时间短，且粉体无需再煅烧，能够大大节约能源、制备的粉体粒径小，且化学计量比可控，对Sr(Fe0.5Nb0.5)O3粉体合成而言是一种优异的制备方法。具体如以下实例。实例1本发明一种微波水热法制备纳米Sr(Fe0.5Nb0.5)O3粉体的方法，包括如下步骤，(1)提前配制浓度为1mol/L的稀盐酸溶液和浓度为5mol/L的NaOH溶液，备用。按照Sr(Fe0.5Nb0.5)O3的化学计量比2:1:1准确称量Ba(NO3)2、Fe(NO3)3·9H2O和NbCl5。(2)快速称取NbCl5，将其溶于提前配制的稀盐酸中，用保鲜膜封口，并置于磁力搅拌器中搅拌10h。(3)将Sr(NO3)2溶于去离子水中，搅拌过程中加入Fe(NO3)3·9H2O，并滴加8滴浓度为30％的双氧水，此过程中混合溶液A要持续搅拌，混合均匀时，搅拌时间为1h。(4)在搅拌状态下向混合溶液A中滴加NbCl5的盐酸溶液，充分混合均匀后得到混合溶液B，搅拌时间为1h。(5)用浓度为5mol/L的NaOH溶液滴定混合溶液B，控制NaOH溶液滴定速率为2mL/min，直至混合溶液B的pH值达到13及其以上，时产生棕褐色沉淀。(6)将共沉淀前驱体倒入微波水热反应釜中，密封反应，反应温度为180℃，反应时间为1h，反应完成后冷却至室温；取出反应釜中的物料水洗8次，在80℃烘干、过300目筛即得纳米Sr(Fe0.5Nb0.5)O3粉体。实例2本发明一种微波水热法制备纳米Sr(Fe0.5Nb0.5)O3粉体的方法，包括如下步骤，(1)提前配制浓度为2mol/L的稀盐酸溶液和浓度为8mol/L的NaOH溶液，备用。按照Sr(Fe0.5Nb0.5)O3的化学计量比2:1:1准确称量Sr(NO3)2、Fe(NO3)3·9H2O和NbCl5。(2)快速称取NbCl5，将其溶于提前配制的稀盐酸中，用保鲜膜封口，并置于磁力搅拌器中搅拌12h。(3)将Sr(NO3)2溶于去离子水中，搅拌过程中加入Fe(NO3)3·9H2O，并滴加10滴浓度为30％的双氧水，此过程中混合溶液A要持续搅拌，混合均匀时，搅拌时间为1.5h。(4)在搅拌状态下向混合溶液A中滴加NbCl5的盐酸溶液，充分混合均匀后得到混合溶液B，搅拌时间为1.5h。(5)用浓度为8mol/L的NaOH溶液滴定混合溶液B，控制NaOH溶液滴定速率为2.5mL/min，直至混合溶液B的pH值达到13及其以上时，产生棕褐色沉淀。(6)将共沉淀前驱体倒入微波水热反应釜中，密封反应，反应温度为200℃，反应时间为1.2h，反应完成后冷却至室温；取出反应釜中的物料水洗10次，在90℃烘干、过300目筛即得纳米Sr(Fe0.5Nb0.5)O3粉体。实例3本发明一种微波水热法制备纳米Sr(Fe0.5Nb0.5)O3粉体的方法，包括如下步骤，(1)提前配制浓度为3mol/L的稀盐酸溶液和浓度为10mol/L的NaOH溶液，备用。按照Sr(Fe0.5Nb0.5)O3的化学计量比2:1:1准确称量Sr(NO3)2、Fe(NO3)3·9H2O和NbCl5。(2)快速称取NbCl5，将其溶于提前配制的稀盐酸中，用保鲜膜封口，并置于磁力搅拌器中搅拌15h。(3)将Sr(NO3)2溶于去离子水中，搅拌过程中加入Fe(NO3)3·9H2O，并滴加15滴浓度为30％的双氧水，此过程中混合溶液A要持续搅拌，混合均匀时，搅拌时间为2h。(4)在搅拌状态下向混合溶液A中滴加NbCl5的盐酸溶液，充分混合均匀后得到混合溶液B，搅拌时间为2h。(5)用浓度为10mol/L的NaOH溶液滴定混合溶液，控制NaOH溶液滴定速率为3mL/min，直至混合溶液的pH值达到13以上时，产生棕褐色沉淀。(6)将共沉淀前驱体倒入微波水热反应釜中，密封反应，反应温度为220℃，反应时间为1.5h，反应完成后冷却至室温；取出反应釜中的物料水洗12次，在100℃烘干、过300目筛即得纳米Sr(Fe0.5Nb0.5)O3粉体。将产物通过X射线衍射(XRD)分析进行相鉴定，获得相纯度高的立方钙钛矿结构的Sr(Fe0.5Nb0.5)O3粉体，其中，混合溶液的pH值为14时的Sr(Fe0.5Nb0.5)O3粉体XRD图谱如图1所示。在上述pH值取14时，将产物通过场发射扫描电子显微镜(SEM)进行形貌观察，最后得到纳米级，且颗粒分布均匀的Sr(Fe0.5Nb0.5)O3粉体，如图2所示，所得Sr(Fe0.5Nb0.5)O3粉体平均颗粒尺寸为30nm左右。