Preparation of mono-surer dispersed SrTiO3 powder
Li Hongxia Gao Shoushan Zhou Yingyan Li
Lixiang
(Materials Physics Chemical Institute , Anshan Institute of I.& S.Technology,
Anshan 114002)
Key Words Oxalic acid coprecipitation , Titanium dichlorde , Strontium chlorde , Strontium titanate , Nano-particles.
摘要 本文通过对化学反应共沉淀法的机理分析，给出了一种草酸共沉淀法制备纳米钛酸锶粉体的新工艺，并用此方法制备出了高分散均匀纳米钛酸锶粉体。
关键词 草酸共沉淀法 四氯化钛 氯化锶 钛酸锶 纳米颗粒
高分散均匀纳米钛酸锶粉体制备
李红霞 高首山 周英彦** 李莉香(鞍山钢铁学院材料物理与化学研究室 辽宁鞍山 114002) SrTiO3粉体是电子陶瓷材料的重要原料。随着电陶技术的提高，制备分散性好、粒径均匀的SrTiO3超细粉体已显得十分重要。草酸共沉淀法超细BaTiO3粉体制备的报道较多，超细SrTiO3粉体制备的报道较少[1,2]。本文在草酸共沉淀法超细SrTiO3粉体制备中，改进了一种古老的溶液混合方法，制备出了分散性好、粒径均匀的纳米SrTiO3粉体。
1 反应物浓度较高时的胶粒析出机理及滴加法的缺点
设A、B溶液中的反应物为a与b，它们相遇反应后产生析出组分g，a、b与g的浓度为C1、C2和C，设它们反应式为：
 沉淀 |
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| 图1 A液滴进B液的剖面图 |
下面讨论初始浓度较高的情形，图1为A液滴入B液的剖面图，在两种溶液新鲜交界区(阴影)迅速析出的沉淀呈层状，反之将B液滴入A液亦然。本文采用理想一维模型来分析，图2(a)为t=0时刻a与b的浓度C10、C20分布图，此时a，b的扩散与反应尚未开始。过程开始后，a与b分别朝II区与I区扩散，相遇后发生反应，图2(b)给出t时刻浓度C1、C2及C的分布曲线；在C超过临界成核浓度Ck的空间区域a b之内才能发生胶粒析出，故沉淀呈层状。图2(c)给出a b内产生爆发性成核过程的浓度变化曲线，这正是众所周知的Lamer图[3]。滴加法的优点是具有较大的新鲜A、B溶液交界面，供胶粒成核与长大。它的缺点是：成核、长大、微粒兼并形成胶粒、粒子团聚与陈化都在时间顺序上逐渐发生而不具有同一性，这对颗粒分散性、粒径均匀性十分不利。
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| 图2 初始浓度较高时胶粒析出机理示意图 | |
| (a) t=0时刻C10、C20的分布 (b)t时刻C1、C2及C的分布 (c) C(t)随t变化的关系 |
2 实验部分
化学试剂：TiCl4分析纯、无水乙醇分析纯、SrCl2分析纯、H2C2O4·2H2O分析纯；
仪器：GS12—B型电子无级调速搅拌器、Philips—EM420型透射电镜。
用TiCl4与无水乙醇配制储备液；另配制SrCl2溶液，按Sr/Ti摩尔比大于1.5加入上述储备液，配成A液；取TiCl4摩尔数2.4倍的草酸、PH值调节剂、分散剂与水等配成B溶液。在60°C及搅拌条件下将A、B溶液在大烧杯中快速混合，生成白色沉淀，控制反应及陈化时间，沉淀物经洗涤、过滤后进行正丁醇共沸蒸馏、烘干，然后在800°C下煅烧2h。用SEM、TEM观察颗粒形貌与大小。
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| 图3 SEM照片(放大40000倍) | 图4 TEM 照片(放大60000倍) | ||
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| 图5 平均粒径随浓度变化曲线 |
3 结果与讨论
图3、图4是800°C下煅烧2h粉体的SEM、TEM照片。根据TEM照片颗粒呈立方晶型，统计颗粒平均粒径为26 nm。SEM、TEM照片显示颗粒均匀度较好。SEM、TEM照片还显示颗粒分散性良好，搓捏粉体时手感松软，可见已制成只有软团聚、分散性好、粒度均匀的纳米SrTiO3粉体。本工作还研究了A液TiCl4浓度变化(其它随之变化)对粒径的影响。图5给出颗粒平均粒径随浓度变化关系的实验曲线。实验曲线表明，随A液TiCl4浓度升高，粒径变小，浓度由0.1mol/L改变为0.5mol/L，相应的纳米颗粒粒径由45nm改变为26nm。
本文采用快速混合法，既保证A、B溶液混合时有足够的新鲜交界面，又消除了滴加法带来的胶粒形成、团聚及陈化在时间顺序上发生的不同一所造成的影响，彻底改善了颗粒形成的分散性及均匀性条件。对粒径随初始浓度升高而变小，本文分析如下：初始浓度升高导致成核速率加大，成核期延长[4]，因而微粒总数及数密度都在增加，而多核兼并中心(纳米颗粒)数量以更高的数量级在增长，这导致每个纳米颗粒兼并的微胶粒数减少，因而纳米颗粒粒径在变小。
4 参考文献
[1] 王光信,侯跃永,陈宗淇.均分散胶体的研究(IV)——钛酸锶均分散粒子的制备.高等学校化学学报，1992，5：682-683.
[2] 王连洲,范福康.pH值对化学共沉淀法制备SrTiO3粉料性能的影响.硅酸盐通报,1999，1：3-8.
[3] 王光信,陈宗淇.均分散体系形成原理与制备方法.青岛化工学院学报，1993，(1)：1-6.
[4] 周英彦,于欣伟,赵国鹏,王开明.均分散胶粒析出相变理论研究.化学通报，1997，3：35-36..
李红霞 女,40岁,讲师,主要从事有机化合物在纳米粉制备粒径控制、硬团聚消除及颗粒表面包覆中的作用与机理研究和有机化学教学。 **联系人 辽宁省自然科学基金项目。 2000-04-20修回