一種水溶性鉭羧酸鹽配合物的製備方法
2023-12-08 07:33:01 4
專利名稱：一種水溶性鉭羧酸鹽配合物的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬羧酸鹽配合物的製備工藝，具體涉及一種水溶性鉭羧酸鹽配合物的製備工藝。
背景技術：
近年來，鉭酸鹽系列鐵電薄膜材料一直受到研究者的廣泛關注。其優良的熱釋電、壓電、鐵電性能、電光效應、非線性光學效應及光折射效應使其在壓電、熱釋電器件、雷射倍頻、電光調製、光記憶和光計算等方面具有潛在的應用前景。可以利用這些性質製作不同的功能器件，並可望通過這些鐵電薄膜材料與其它材料的集成和複合，製作集成性器件。而且，鉭酸鹽系列鐵電薄膜材料的製備過程中能夠避免PZT(鋯鈦酸鉛)等鐵電材料的Pb汙染問題，因此，這一優點對於進一步擴展其應用無疑也是非常具有誘惑力的。
目前國內外鉭酸鹽系鐵電薄膜的製備方法大體可分為物理方法和化學方法兩大類。物理方法主要有磁控濺射和脈衝雷射沉積，物理方法製備薄膜不易引入雜質、汙染少，但一般設備投資比較大，且通常要求原材料易於蒸發或濺射，因此存在一定局限性。用於製備鉭酸鹽系鐵電薄膜的化學方法主要是溶膠—凝膠方法(Sol-gel)，該方法製備薄膜的要求沒有物理方法那樣苛刻和嚴格，不需昂貴的設備、且能大面積成膜。但用溶膠—凝膠方法製備鉭酸鹽系鐵電薄膜的原材料通常為金屬醇鹽，如乙醇鉭、丁醇鉭等，這些原料沒有國產試劑，而國外此類醇鹽的價格比較昂貴。這主要是由於鉭醇鹽常規環境下極易水解，因此在製備過程中要求的條件極為苛刻，需要嚴格的惰性氣體保護。因而目前國內鉭醇鹽大多採用實驗室條件製備，其產品純度和性能不高，這將直接影響到以sol-gel工藝製備的薄膜性能。
近年來，聚合前驅體方法(Polymeric precursor method)或稱為Pechini方法，作為一種製備薄膜的工藝越來越受到重視。該方法也是一種溼化學方法。其基本原理是以α-羥基羧酸，如檸檬酸為配位劑，與金屬離子配位形成水溶性金屬羧酸鹽配合物，以乙二醇聚酯化形成穩定的溶膠或凝膠前驅體，經熱處理後可獲得複合氧化物陶瓷粉體或薄膜材料。該方法具有如下優點(1)以水溶性金屬羧酸鹽配合物作為新的鉭源替代sol-gel工藝中的鉭醇鹽，合成鉭酸鹽系鐵電薄膜；(2)可從水溶液中製備鉭酸鹽系鐵電薄膜，解決sol-gel方法的金屬醇鹽極易水解問題，環境汙染小；(3)可以達到分子水平的均勻混合，準確控制化學計量比；(4)低的合成溫度；(5)工藝簡單，無需複雜的設備。
聚合前驅體方法的關鍵技術之一是使金屬離子與羥基羧酸配位形成穩定的金屬羧酸鹽配合物。目前國內較易獲得的鉭化合物為氧化物，但氧化鉭無法直接溶解於羥基羧酸中，因此，如何以鉭氧化物為原料製備相應的金屬羧酸鹽配合物是以聚合前驅體方法製備鉭酸鹽系列鐵電薄膜急需解決的問題之
發明內容
本發明的目的是提供一種水溶性鉭羧酸鹽配合物的製備方法，以該方法生產的鉭羧酸鹽配合物為原料，採用聚合前驅體方法製備鉭酸鹽系列鐵電薄膜時，可以解決sol-gel工藝中鉭金屬醇鹽不易獲得、價格昂貴和極易水解的問題。本發明按照如下步驟製備水溶性鉭羧酸鹽配合物a、將Ta2O5溶解於HF酸中，向溶液中加入草酸鹽溶液進行反應；b、然後向溶液中加入氨水得到氫氧化鉭沉澱物；c、氫氧化鉭沉澱物經陳化、鹼洗、水洗、過濾後，將其溶解於羥基羧酸中，形成穩定的鉭羧酸鹽配合物。本方法生產的鉭羧酸鹽配合物為水溶性溶液，溶液穩定性好，製備後可存放數月不變性，以該鉭羧酸鹽配合物為原料，採用聚合物前驅體方法可製備鉭酸鹽系鐵電薄膜。該水溶性金屬羧酸鹽配合物可作為新的鉭源替代sol-gel工藝中的鉭醇鹽，合成鉭酸鹽系鐵電薄膜；可從水溶液中製備鉭酸鹽系鐵電薄膜，解決sol-gel方法的金屬醇鹽極易水解問題，環境汙染小；可以達到分子水平的均勻混合，準確控制化學計量比；合成溫度低，工藝簡單，無需複雜的設備。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式按照如下步驟製備水溶性鉭羧酸鹽配合物a、將Ta2O5溶解於HF酸中，向溶液中加入草酸鹽溶液進行反應；b、然後向溶液中加入氨水得到氫氧化鉭沉澱物；c、氫氧化鉭沉澱物經陳化、鹼洗、水洗、過濾後，將其溶解於羥基羧酸中，形成穩定的鉭羧酸鹽配合物。本實施方式中的羥基羧酸可以為檸檬酸、蘋果酸或酒石酸等，草酸鹽溶液可以為草酸銨溶液，它也可以用檸檬酸銨溶液代替。
本實施方式中公開了水溶性鉭羧酸鹽配合物的製備方法，採用該方法製備與鉭元素同族的其他水溶性金屬羧酸鹽配合物也屬於本發明的保護範圍，如製備水溶性鈮羧酸鹽配合物。
具體實施例方式
二本實施方式以Nb2O5(純度＞99.99％)、HF、(NH4)2C2O4、檸檬酸、氨水為原料。將一定量的Nb2O5加入到HF中，80℃水浴加熱48～50h，並不斷攪拌，使Nb2O5溶解在HF中形成NbOF52-配離子；然後加入新配製的草酸銨水溶液，並保持C2O42-離子過量；向溶液中逐滴地加入氨水形成白色的Nb(OH)5沉澱，所涉及的化學反應為
沉澱經80℃陳化12h後過濾，並用5wt％的氨水洗滌及水洗以除去F-離子；最後將該Nb(OH)5沉澱溶於檸檬酸水溶液中，形成淡黃色的Nb-檸檬酸溶液。採用電感耦合等離子發射光譜(ICP)法測定溶液中金屬Nb的濃度。
具體實施例方式
三本實施方式以Nb2O5(純度＞99.99％)、HF、(NH4)2C2O4、蘋果酸或酒石酸、氨水為原料。將一定量的Nb2O5加入到HF中，80℃水浴加熱48～50h，並不斷攪拌，使Nb2O5溶解在HF中形成NbOF52-配離子；然後加入新配製的草酸銨水溶液，並保持C2O42-離子過量；向溶液中逐滴地加入氨水形成白色的Nb(OH)5沉澱；沉澱經80℃陳化12h後過濾，並用5wt％的氨水洗滌及水洗以除去F-離子；最後將該Nb(OH)5沉澱溶於蘋果酸或酒石酸水溶液中，形成淡黃色的Nb-蘋果酸或Nb-酒石酸溶液。採用電感耦合等離子發射光譜(ICP)法測定溶液中金屬Nb的濃度。
具體實施例方式
四本實施方式以Ta2O5(純度＞99.99％)、HF、(NH4)2C2O4、檸檬酸、氨水為原料。將一定量的Ta2O5加入到HF中，80℃水浴加熱48～50h，並不斷攪拌，使Ta2O5溶解在HF中形成TaOF52-配離子；然後加入新配製的草酸銨水溶液，並保持C2O42-離子過量；向溶液中逐滴地加入氨水形成白色的Ta(OH)5沉澱，所涉及的化學反應為
沉澱經80℃陳化12h後、過濾，並用5wt％的氨水洗滌及水洗以除去F-離子；最後將該Ta(OH)5沉澱溶於檸檬酸水溶液中，形成淡黃色的Ta-檸檬酸溶液。採用電感耦合等離子發射光譜(ICP)法測定溶液中金屬Ta的濃度。
具體實施例方式
五本實施方式以Ta2O5(純度＞99.99％)、HF、(NH4)2C2O4、蘋果酸或酒石酸、氨水為原料。將一定量的Ta2O5加入到HF中，80℃水浴加熱48～50h，並不斷攪拌，使Ta2O5溶解在HF中形成TaOF52-配離子；然後加入新配製的草酸銨水溶液，並保持C2O42-離子過量；向溶液中逐滴地加入氨水形成白色的Ta(OH)5沉澱；沉澱經80℃陳化12h後過濾，並用5wt％的氨水洗滌及水洗以除去F-離子；最後將該Ta(OH)5沉澱溶於蘋果酸或酒石酸水溶液中，形成淡黃色的Ta-蘋果酸或酒石酸溶液。採用電感耦合等離子發射光譜(ICP)法測定溶液中金屬Ta的濃度。
權利要求
1.一種水溶性鉭羧酸鹽配合物的製備方法，其特徵在於它按照如下步驟製備a、將Ta2O5溶解於HF酸中，向溶液中加入草酸鹽溶液進行反應；b、然後向溶液中加入氨水得到氫氧化鉭沉澱物；c、氫氧化鉭沉澱物經陳化、鹼洗、水洗、過濾後，將其溶解於羥基羧酸中，形成穩定的鉭羧酸鹽配合物。
2.根據權利要求1所述的一種水溶性鉭羧酸鹽配合物的製備方法，其特徵在於所述羥基羧酸為檸檬酸、蘋果酸或酒石酸。
3.根據權利要求1所述的一種水溶性鉭羧酸鹽配合物的製備方法，其特徵在於所述草酸鹽溶液為草酸銨溶液。
全文摘要
一種水溶性鉭羧酸鹽配合物的製備方法，它涉及一種金屬羧酸鹽配合物的製備工藝。為了解決sol－gel工藝中鉭金屬醇鹽不易獲得、價格昂貴和極易水解的問題，本發明是這樣實現的a.將Ta
文檔編號C07F9/00GK1724543SQ200510010080
公開日2006年1月25日 申請日期2005年6月14日 優先權日2005年6月14日
發明者趙九蓬, 張蕾, 權茂華 申請人:哈爾濱工業大學