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BaTiO<,3>、SrTiO<,3>是典型的钙钛矿型(ABO<,3>)复合氧化物,作为新型的多功能材料,它们被广泛用于制造大容量陶瓷电容器、晶界层电容器、压敏陶瓷和多功能传感器等。目前钙钛矿型纳米材料的制备方法主要有固相法、液相法和气相法。其中,固相法被广泛地用于工业生产。但因其生产过程中需要研磨和高温煅烧,所合成的粉体粒度大、粒径分布不均匀,并且容易混入杂质,使得粉体的纯度低且性能不稳定,这已无法满足高级陶瓷的需要。液相法主要包括水热法、溶胶一凝胶法、共沉淀法和喷雾干燥法等。以上方法大多需要高压和/或高温煅烧、操作复杂、粉体结晶度偏低且原料价格昂贵,不利于工业化生产。气相法设备复杂,费用高,也不利于工业化推广。
本文采用一种低温常压、操作简单、成本低廉、便于工业化推广的合成新方法一复合氢氧化物媒介法(composite-hydroxide-mediated,CHM)合成出结晶好、纯度高、组成精确、表面清洁的BaTiO<,3>、SrTiO<,3>和BaTi<,0.5>Mn<,0.5>O<,3>纳米晶体。
用CHM法合成的BaTO<,3>为粒径70-100nm的立方相立方晶体,尺寸均匀,分散性好。实验发现,晶体尺寸随着生长时间的延长和生长温度的提高而增大,在生长过程中加入去离子水,可以将颗粒形状调节为近似圆形。
用cHM法合成的SrTiO<,3>为长约500-800nm、宽约100-150nm的立方相条形晶体,这些晶体由众多长约70nm、宽约 70nm、厚度仅5-10nm的平行方片自组装叠放而成,且片层之间有小的错位。生长过程中加入少量水,可以控制SrTiO<,3>晶体的形貌,使其生长为立方形,
采用CHM法合成出钙钛矿六方晶系BaTi<,0.5>Mn<,0.5>O<,3>纳米单晶。所合成的晶体为双锥柱状颗粒,锥体轴向长约100-500nm,径向长约20-50nm。
文章将负离子配位多面体生长基元理论与聚集生长理论模型相结合,探讨了cHM法合成钙钛矿 BaTiO<,3>、SrTiO<,3>纳米材料的生长机理。我们认为Ti(OH)<,6><10->基元是晶体的有利生长基元,晶体的生长遵从“溶解—结晶—聚集生长—重结晶”机理模型,
对粉体室温下光致发光性能的研究发现,当用波长350nm的光激发样品时,纯净的BaTiO<,3>粉体在中心波长位于465nm处发出微弱的蓝光,而当50%的Ti用Mn元素置换后,所合成的BaTi<,0.5>Mn<,0.5>O<,3>晶体在中心波长分别位于465nm、593nm处能够发出明亮的蓝光和黄光。