低温固态反应制备纳米钛酸钡基介电材料及性能研究

BaTiO_3具有很高的介电常数,它是最早被开发利用的无机非金属功能材料之一,至今仍然是用量最大的电容器材料和电子功能陶瓷的基体,被称为"电子工业的支柱",所以纳米钛酸钡新型制备方法的研究依然是国内外研究的热点。目前制备钛酸钡的方法通常是传统的固相反应和液相反应。传统固相反应需要高达1200℃以上的温度,而且得到的粉体硬团聚严重,表面活性差,即使经过反复研磨,也只能达到微米级粉体。溶胶-凝胶法虽能制备纳米粒子,但由于原材料价格昂贵而难以实现工业生产;液相法则又存在反应时间长、工艺较复杂以及对环境有污染等弊端。本课题组曾经率先采用软化学成功制备出了百余种纳米钛酸钡基固溶体,并且已经实现了产业化。该法虽然较传统固相法、草酸法和溶胶-凝胶法有很大优势,但仍存在着资源浪费(如反应需要加热,原料过量)和对环境的污染问题。本课题采用一种全新的合成方法——低温固态反应成功地合成了钛酸钡纳米晶。该方法工艺简单、产率高、主要反应过程不使用溶剂,符合绿色化学理念。还采用低温固态反应法对钛酸钡进行了掺杂改性,制备了Ba_(1-x)Sr_xTiO_3、BaTi_(1-x)Sn_xO_3、BaTi_(1-x)Zr_xO_3、Ba_(1-x)Sr_x Ti_(1-y)SnyO_3和Ba_(1-x)Sr_x Ti_(1-y)ZryO_3等多种系列纳米钛酸钡基固溶体,经烧结获得了性能非常优异的钛酸钡基陶瓷体。此外,又采用低温固态反应制备了一系列纳米钛酸钡基PTC瓷粉,详细研究了粉体和陶瓷的制备条件、掺杂种类与材料的PTC性能之间的关系。