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钛酸锶是一种典型的钙钛矿型复合氧化物陶瓷材料,有着非常优异的光催化、压电、铁电性能,在光催化剂、太阳能电池、压敏电阻、陶瓷电容器等领域具有非常巨大的应用前景。传统上钛酸锶粉体的主要制备方法是高温固相烧结法,但是高温固相烧结法所制备的钛酸锶粉体纯度低、粒径大、粒度分布不均匀、团聚现象严重,而且高温烧结过程能耗大、环境污染严重。 为了克服高温固相烧结法的缺点,近年来多种湿化学已经被用来制备钛酸锶材料,主要有溶胶-凝胶法、化学沉淀法、水热法等。其中水热法是一种非常有前景的粉体材料制备方法。本文即以此为背景,采用单步直接水热法以晶体二氧化钛为钛源、以八水合氢氧化锶为锶源来制备钛酸锶纳米粉体。首先,反应物是大宗化工产品,无毒无害、廉价易得,具有工业化应用前景。其次,水热法提供了一种特殊的物理化学环境,钛酸锶纳米粉体一步直接合成,不需要再进行高温煅烧,避免了粉体的团聚;最后,所制备的钛酸锶纳米粉体纯度高、粒径小、粒度分布均匀,具有较大的比表面积。 本论文的研究重点是以四种不同类型的二氧化钛(普通锐钛矿型、纳米锐钛矿型、纳米金红石型和P25型)作为反应原料,通过单因素和多因素实验,综合考察了反应温度、反应时间、物料配比以及氢氧化钠溶液浓度对于钛酸锶纳米粉体纯度、晶体结构、粒径、粒度分布、形貌以及比表面积的影响,并对合成过程的机理进行了揭示。 主要的研究结论有:四种不同类型的二氧化钛活性差异较大。其中活性最低的是普通锐钛矿型二氧化钛,它完全反应生成钛酸锶所需条件最为严苛;其次是纳米金红石型二氧化钛,其完全反应生成钛酸锶条件有所降低;再次是纳米锐钛矿型二氧化钛,纳米锐钛矿型二氧化钛活性较好,其完全反应生成钛酸锶的条件显著降低;P25型二氧化钛是四种二氧化钛中活性最高的。四种二氧化钛活性差异较大,主要在于其比表面积的不同。P25型二氧化钛的比表面积最大,故而其活性最好,反应时接触面积大,所需反应条件显著降低。最后论证了二氧化钛单步直接水热合成钛酸锶纳米颗粒的反应机理可以用溶解-沉淀反应机理来解释。