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本科毕业论文低温溶液法合成纳米钛酸钡学院名称材料科学与工程学院专业名称材料物理学生姓名xxx学号xxx指导教师xxx教授I低温溶液法合成纳米钛酸钡摘要：本次实验通过用活性较高的钛酸丁酯作为钛源，加入蒸馏水并恒温一小时，再加入氢氧化钡溶液，然后在密闭空间内以原恒定温度恒温加热二十四小时，过滤沉淀物，用蒸馏水冲洗多次，最后干燥得到钛酸钡纳米粉体现在低温328K下24小时也可以得到晶型较好的纳米粉体，发现在而晶体的形态和纳米结构尺寸取决于加热温度及钡/钛反应摩尔比此外，在较低的加热温度作用下生成了拥有较大尺寸的二次粒子据此推断，钛酸钡成核过程取决于加热温度和反应浓度关键词：钛酸丁酯，恒温，氢氧化钡,水浴Low temperature solution method synthesizing nanometer barium titanateAbstract: This experiment by using active higher butyl acetate titanate as titanium source, join distilled water and constant temperature, then add an hour, and then among solution in confined Spaces to the constant temperature constant temperature and heating twenty-four hours, with distilled water filtration sediment, rinse times and finally dry get barium titanate nano powder. Now under low temperature 328K 24 hours can also get crystal shape good nano powder, found in and crystal morphology and nano structure size depends on heating temperature and barium/titanium reaction molar ratio. In addition, in lower heating temperature effect have bigger size grows became the second particle. Infer-if, barium titanate nucleation process depends on heating temperature and reaction concentration. Key words: butyl titanate, temperature, barium hydroxide, water bath目录1　绪论 11.1 引言 11.2　钛酸钡的物理性质与结构 11.2.1　钛酸钡的物理性质 11.2.2　钛酸钡的微观结构 21.3　钛酸钡陶瓷的生产工艺 41.3.1　干压成型 41.3.2　加压方式 41.3.3　排胶 41.3.4　烧成 51.3.5　陶瓷表面的金属化 51.4　各种制备方法的简略分析比较 61.4.1　高温固相锻烧法 61.4.2　化学沉淀法 61.4.3　溶胶-凝胶法 71.4.4　钛醇盐法 81.4.5　水热合成法 81.5　研究背景及意义 82　实验制备钛酸钡 102.1　实验原理 102.2　实验药品及仪器 112.3　实验步骤 112.4　实验工艺流程图 122.5钛酸钡陶瓷粉体的的表征 132.5.1　化学成分的表征 132.5.2　晶态表征 132.5.3　颗粒粒度的测定与表征 143　实验测试及分析 153.1　钛酸钡的XRD衍射分析 153.1.1　同等温度下不同钡离子浓度的影响 153.1.2　综合分析 193.2　钛酸钡的粒径分析 203.3　钛酸钡的电镜图像及分析 223.3.1 钛酸钡的扫描电镜图像及分析 223.3.2钛酸钡的透射电镜图像及分析 243.4　钛酸钡的热重分析 274　结论 30参考文献： 31致谢 321　绪论1.1 引言钛酸钡具有非常优异的铁电、压电、介电、热释电性能，和非常敏感的PTC效应、线性电光效应、非线性光学效应。

因此，它在现代电子技术和光电子技术上应用极为广泛和普遍同时，它在精细陶瓷工焐高新技术上也是作为关键性材料，是钛酸盐陶瓷电子元件的基础母体材料，被称为电子陶瓷业的支柱现在，几乎所有的超声波仪器中，都要用到钛酸钡它在电子陶瓷敏感元件的制造方面应用更是极为广泛，尤其是正温度系数热敏电阻(PTC)，多层陶瓷电容器(MLCCS)，热电元件，压电陶瓷，声纳、红外辐射探测元件等等因此，它是极具高附加值、经济效益好、有发展前景、值得大力开发的精细化工产品随着电子科学的不断发展，电子元件也趋向微型化、集成化，所以，对原材料的性能要求越来越高也越来越迫切钛酸钡粉体的尺寸大小、晶体结构、在陶瓷体中的分布状况等都是能够直接影响功能陶瓷的性能的重要因素，尤其是当钛酸钡粉体应用尺寸细化到纳米级时，材料的性能将会发生几乎天翻地覆般的变化而现在想要得到具有特别优异性能的钛酸钡电子陶瓷，就必须首先有好的原料-高纯超细均一的钛酸钡粉体，因此，对钛酸钡陶瓷粉体合成技术的研究，对发展我国电子工业用基础原材料具有极其重要的意义1.2　钛酸钡的物理性质与结构1.2.1　钛酸钡的物理性质钛酸钡又称偏钛酸钡[1]，是一种白色结晶粉末，可溶于浓硫酸、盐酸及氢氟酸，不溶于稀硝酸、水及碱，有毒，熔点约为1625℃，密度为6.08g/cm3，分子式为BaTiO3，分子量为233.19。

高纯超细钛酸钡的性能主要包括电学性能、化学性能和光学性能三个方面，其电学性能是其最重要的性能电学性能主要包括铁电性、压电性、介电性、热释电性和PTC效应钛酸钡是一种典型的具有钙钛矿型结构的电子陶瓷材料钛酸钡有五种晶形，即四方相、立方相，斜方相、三方相和六方相最常见的是四方相在铁电陶瓷的生产中，六方晶相是应该极力避免出现的晶相，而实际上也只有当烧成温度过高时才会出现六方晶相四方相、立方相，斜方相、三方相都属于钙钛矿结构的变体一个BaTiO3晶体是无数个BaTiO3晶胞组成的当立方相BaTiO3 晶体冷却到120℃时，将开始产生自发极化并同时进行着立方相BaTiO3向四方相的转变，当BaTiO3转变为四方相后，晶体中就出现了一个个由许多晶胞组成的自发极化方向相同的小区域晶体中这种由许多晶胞组成的具有相同极化方向的小区域成为电畴，具有电畴结构的晶体称为铁电体极化的钛酸钡有两个重要的性质：铁电性和压电性铁电性都有失去自发极化从而使电畴结果消失的最低温度，即居里温度对于钛酸钡来说，居里温度即四方相和立方相的相变温度，T0≈120℃当立方BaTiO3晶体转变为四方相时，自发极化虽然可以沿着不同的方向进行，但是却必须与原来三个晶轴的方向相应。

所以，四方BaTi03单晶中，相邻电畴的自发极化方向只能相交成180°或90°实际观测表明，90°畴壁两边的电畴方向通常是首尾相接的，这种排列对应于能量的较低状态电场在畴壁上的变化是连续的，不致有空间电荷在畴壁上集结一般情况下，一个铁电晶体的内部，反方向分布的电畴，自发极化强度可以相互抵消，所以铁电晶体在没有经受人工极化处理之前，自发极化总和为零在强的光频电场或低频(直流)电场作用下，铁电晶体会显示出一系列非线性光学效应、电光效应、反常光生伏打效应和光折变效应因此，钛酸钡(BaTiO3)作为典型的钙钛矿型铁电体，它具有很高的介电常数，被用来作为电容器材料，现在它已成为高频电路元件中不可缺少的材料，而其强电性也正在广泛地被应用于介质放大、调频和存储装置等方面此外，这种材料被作为压电材料时，也显示出它具有其它晶体无法比拟的优点，因而从用作超声波振子开始，己被广泛地应用于各种声学装置、测量装置和滤波器等方面，而且正逐渐发挥着显著作用1.2.2　钛酸钡的微观结构立方相BaTiO3的结构是理想的钙钛矿型结构，每个晶胞中包含一个分子单位在立方BaTiO3中，取Ba2＋作原点时，如图1.2.2(a)，各原子的空间坐标为Ba(0，0，0)、Ti(½，½，½)，三个O（½，½，0），（½，0，½），（0，½，½）。

若取Ti作原点，结构的连续性更为形象，每个钛离子都处于6个氧离子组成的八面体中心这些 (TiO6)8－八面体通过角顶共用的氧连接成三维网络这些三维结构网络之间有很大的孔隙，钡离子即处于这样的孔隙之中，如图1.2.2(b)如果从离子堆积的角度考虑立方相BaTiO3结构，则可以看作O2－和Ba2+共同按立方最紧密堆积的方式，堆积成O2－处于面心位置的“立方面心结构”，Ti4+则占据着6个O2-组成的八面体孔隙的中间在立方BaTiO3中，每个Ti4+的周围有6个与之等距的O2-包围着，所以Ti4+的配位数为6；每个Ba2+的周围有12个与之等距离的O2-包围着，所以钡离子的配位数为12；包围着每个氧离子的正离子为4个钡离子和2个钛离子，所以氧离子的配位数为6立方BaTiO3晶胞的边长约为0.4nm四方BaTiO3晶格较理想钙钛矿型结构发生了一定程度的畸变与立方BaTiO3比较，畸变使四方BaTiO3的c轴变长，a轴变短在立方BaTiO3中，晶胞的边长大于氧离子和钛离子的直径之和这表明，氧八面体孔隙的球形内切半径大于钛离子的半径所以，处于氧八面体的孔隙中的钛离子可以偏离八面体的中心位置在一定的范围内进行振动。

在钛离子振动时，其偏离或靠近周围6个氧离子的机会是均等的，即对八面体中心位置的平均偏离为零图1.2.2 立方钛酸钡的结构随着温度的降低，钛离子的热运动也变弱当温度降至120℃以下时，钛离子的振动中心则向周围的6个氧离子之一靠近，即钛离子沿c轴方向发生了一定程度的位移，亦即钛离子沿c轴方向产生了离子位移极化这种极化是在没有外电场作用下，自发进行的，通常称为自发极化由于钛离子位移，氧离子也偏离了它的对称位置相应位移1.3　钛酸钡陶瓷的生产工艺1.3.1　干压成型干压成型是广泛应用的一种成型方法该方法成型效率高，易于自动化，制品烧成收缩率小，不易变形但该法只适用于形成简单的瓷件，如圆片形等，且对模具质量要求很高控制干压成型的坯料含水量很重要，一般在4一8%左右为了提高坯料成型时的流动性、增加颗粒间的结合力，提高坯体机械强度，通常加入粘合剂，并进行造粒本实验选用聚乙烯醇水溶液，这种粘合剂工艺简单，瓷料气孔率小，加入量为3一5%1.3.2　加压方式加压方式有单面加压和双面加压两种单面加压时，直接受压一端的压力大，密度大；远离加压一端的压力小，坯体密度也小双面加压时，坯体两端直接受压，因此，两端密度大，中间密度小。

如果坯料经过造粒、加润滑剂，再进行双面加压，则坯体密度非常均匀干压成型时，压模下降的速度缓慢一些为好加压速度过快会导致坯体分层，表面致密中间松散，甚至在坯体中存在许多气泡因此，加压速度宜缓，而且要有一定的保压时间1.3.3　排胶在锻烧时，有机粘合剂从固态转变为液态或气。