一種二元共摻bst微納粉體的製備方法

2023-05-08 04:14:56

專利名稱：一種二元共摻bst微納粉體的製備方法
技術領域：
本發明屬於功能材料技術領域，涉及具有鈣鈦礦結構的BST微納粉體的製備方法。
背景技術：
現有的微波器件綜合介電性能難以提高，進而難以滿足諸如通信、航空航天及軍 事等領域的高要求，因此，研發綜合性能優異的調諧材料至關重要。BST作為一種極具希望 的微波調諧材料，近10年來一直成為一個研究重點。但是，BST的固有局限性制約其優異介電性能的發揮及應用。BST的固有局限性表 現在鐵電相時介電調諧率和介電損耗均較高，順電相時兩者均較低，進而調諧率與損耗之 比值很難提高。多年來人們通過成分優化、結構改進、工藝改善等研究，其介電性能仍難以 突破，難以滿足應用需要。Sol-gel法是一種廉價而方便的製備BST微納粉體的有效方法，但是，溶膠在烘乾 成凝膠過程中特別是初期，由於溶膠的熱穩定性差而析出沉澱使凝膠不純，進而使燒結後 的BST微納粉體含有雜相，顯著降低BST的介電性能。

發明內容
針對常規Sol-gel法所製備的BST粉體過程中因溶膠穩定性低在加熱烘烤過程中 快速沉澱而得不到均勻穩定純淨的凝膠，進而在燒結過程中得不到全鈣鈦礦結構的BST微 納粉體的技術問題，本發明提供了一種二元共摻BST微納粉體的製備方法。本發明對BST 進行二元共摻並在BST溶膠的製備過程中添加檸檬酸，使二元共摻BST溶膠在形成凝膠的 過程中穩定性、均一性得到大幅度提高，從而獲得純度更高的凝膠，經過燒結後獲不含雜相 的BST微納粉體，使其介電性能大幅度提高，從而實現在微波調諧器件領域的應用。本發明技術方案如下一種二元共摻BST微納粉體的製備方法，如圖1所示，包括以下步驟步驟1 製備BST (鈦酸鍶鋇)溶膠。採用Ba(鋇)和Sr (鍶)的前驅體溶於熱冰醋酸中形成鋇鍶前驅液，將鈦酸丁 酯與乙醯丙酮混合形成鈦前驅液，再將鋇鍶前驅液和鈦前驅液混合，同時加入相當於Ti 摩爾用量的0. 25 1.25%的檸檬酸，然後採用冰醋酸調節混合溶液PH值至3 4之 間，最後用乙二醇甲醚定容得到0.2 0. 4M的BST溶膠，其中Ba、Sr和Ti的摩爾比為 χ (1-x) (l+y)，0<x< 1，0彡y彡0.25。所述Ba和Sr的前驅體為Ba和Sr的醋酸 鹽或硝酸鹽；所述乙醯丙酮的用量為鈦酸丁酯摩爾量的1. 5 2. 5倍。步驟2 分別配製Mn、Ce或Y摻雜前驅液。將MruCe或Y前驅體分別溶於熱冰醋酸中，分別採用冰醋酸調節PH值至3 4之 間，最後用乙醯丙酮和乙二醇甲醚的混合溶劑定溶，分別得到0. 04 0. IM的MruCe或Y摻 雜前驅液。
步驟3 選擇步驟2所得MruCe或Y摻雜前驅液中的兩種摻雜前驅液與步驟1所得 的BST溶膠混合，其中每種摻雜前驅液中前驅體與BST溶膠中Ti的摩爾比為0. 5 100 5 100之間；然後攪拌下將混合體系加熱至不超過80°C，得到二元摻雜的BST溶膠。步驟4 將步驟3所得二元摻雜的BST溶膠在80 120°C下烘乾成為凝膠；然後 將凝膠在950 1150°C下燒結180 240分鐘，隨後自然冷卻得到二元共摻的BST微納粉 體。需要說明的是1、步驟4在凝膠烘乾後、燒結前若將凝膠先碾磨成粉體再燒結，最終所獲得的二 元共摻的BST微納粉體粒徑更加均勻。2、本發明提供的二元共摻BST微納粉體的製備方法，所得到的二元共摻BST微納 粉體有錳鈰共摻BST微納粉體、錳釔共摻BST微納粉體或鈰釔共摻BST微納粉體。若製備錳 鈰或錳釔共摻BST微納粉體，步驟4中的燒結溫度為950°C 1150°C ；若製備鈰釔共摻BST 微納粉體，步驟4中的燒結溫度為750 850°C。3、本發明在步驟1配製BST溶膠時，加入了起穩定分散作用的檸檬酸，能夠防止從 溶膠到凝膠的過程中的沉澱現象，從而獲得穩定均勻的凝膠，最終燒結後獲得純度更高的 BST粉體。該方法克服了常規BST溶膠的不穩定性，發揮微納晶的非線性效應和大量晶界的 「釘扎效應」，顯著抑止極化反轉造成的高損耗等缺陷，使BST粉體的綜合介電性能大幅度提 高，從而更加適合於製作微波調諧器件。4、本發明在配製BST溶膠過程中添加檸檬酸的工藝，不僅適合於二元摻雜的BST 粉體製備，對製備不摻雜或一元摻雜的BST粉體同樣能夠改善製備結果的性能。具體來說， 製備不摻雜的BST粉體，檸檬酸的添加能夠減小BST粉體的電容和介電常數，提高調諧率和 介電強度，降低介電損耗及介電溫度係數；製備一元摻雜的BST粉體，檸檬酸的添加能夠進 一步減小BST粉體的電容和介電常數，進一步提高調諧率和介電強度，進一步降低介電損 耗及介電溫度係數；製備二元摻雜的BST粉體，檸檬酸的添加能夠顯著減小BST粉體的電容 和介電常數，顯著提高調諧率和介電強度，顯著降低介電損耗及介電溫度係數，從而滿足制 備微波調諧器件的需要。本發明所製備的二元摻雜BST微納粉體，其介電常數介於150 1200之間，調諧率介於20 65%之間，介電損耗介於0. 0003 0. 006之間，介溫係數介於 0. 0002 0. 001/K 之間。


圖1為本發明流程示意圖。圖2檸檬酸對未摻雜BST粉體相結構的影響(a)溶膠中未添加檸檬酸；(b)溶膠 中添加0. 75%摩爾比檸檬酸。圖3溶膠中未添加檸檬酸的Mn摻雜BST粉體的相結構，其摻雜濃度分別為 (a)0. 5%摩爾比；(b)l%摩爾比；(c) 5%摩爾比。圖4溶膠中未添加檸檬酸時各摻雜元素濃度均為摩爾比的二元摻雜BST粉體 的相結構(a) Ce 禾口 Y ； (b)Mn 禾口 Ce ； (C)Mn 禾口 Y。圖5溶膠中添加0. 75%摩爾比檸檬酸的摻雜濃度均為0. 5%摩爾比一元摻雜BST 粉體的相結構(a)Mn ； (b)Ce ； (c)Y。
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圖6溶膠中添加0. 75%摩爾比檸檬酸的摻雜濃度均為1 %摩爾比一元摻雜BST粉 體的相結構(a) Mn ； (b)Ce ； (c)Y。圖7溶膠中添加0. 75%摩爾比檸檬酸的摻雜濃度均為5%摩爾比一元摻雜BST粉 體的相結構，其摻雜濃度分別為(a)Mn ； (b) Ce ； (c) Y。圖8溶膠中添加0. 75%摩爾比檸檬酸Mn和Ce共摻BST粉體的相結構，各摻雜元 素的濃度分別為(a) 0.5%摩爾比；(b) 1.5%摩爾比；(c) 2%摩爾比。圖9溶膠中添加0. 75%摩爾比檸檬酸Mn和Y共摻BST粉體的相結構，各摻雜元素 的濃度分別為(a) 0.5%摩爾比；(b) 1.5%摩爾比；(c) 2%摩爾比。圖10溶膠中添加0. 75%摩爾比檸檬酸Ce和Y共摻BST粉體的相結構，各摻雜元 素的濃度分別為(a) 0.5%摩爾比；(b) 1.5%摩爾比；(c) 2%摩爾比。圖11添加0. 75%摩爾比檸檬酸0. 5%摩爾比一元摻雜BST粉體的掃描電鏡(SEM) 形貌(a)Mn，(b)Ce, (c) Y，其中1為整體形貌，2為局部形貌。圖12添加0.75%摩爾比檸檬酸摩爾比一元摻雜BST粉體的SEM形貌(a) Mn， (b)Ce, (c) Y，其中1為整體形貌，2為局部形貌。圖13添加0. 75%摩爾比檸檬酸1. 5%摩爾比一元摻雜BST粉體的SEM形貌(a) Mn, (b)Y，其中1為整體形貌，2為局部形貌。圖14添加0. 75%摩爾比檸檬酸各0. 5%摩爾比二元摻雜BST粉體的SEM形貌(a) Mn和Ce，(b)Mn和Y，(c) Ce和Y，其中1為整體形貌，2為局部形貌。圖15添加0. 75%摩爾比檸檬酸各1 %摩爾比二元摻雜BST粉體的SEM形貌(a) Mn和Ce，(b)Mn和Y，(c) Ce和Y，其中1為整體形貌，2為局部形貌。圖16添加0. 75%摩爾比檸檬酸各1. 5%摩爾比二元摻雜BST粉體的SEM形貌(a) Mn和Ce，(b)Mn和Y，其中1為整體形貌，2為局部形貌。
具體實施例方式一種二元共摻BST微納粉體的製備方法，包括以下步驟步驟1:製備BST溶膠；採用Ba和Sr的前驅體溶於熱冰醋酸中形成鋇鍶前驅液，將鈦酸丁酯與乙醯丙 酮混合形成鈦前驅液，再將鋇鍶前驅液和鈦前驅液混合，同時加入相當於Ti摩爾用量的 0. 25 1. 25%的檸檬酸，然後採用冰醋酸調節混合溶液PH值至3 4之間，最後用乙二醇 甲醚定容得到0. 2 0.4M的BST溶膠，其中Ba、Sr和Ti的摩爾比為χ (l-χ) (1+y), 0 < χ < 1，0彡y彡0. 25 ；所述Ba和Sr的前驅體為Ba和Sr的醋酸鹽或硝酸鹽；所述乙醯 丙酮的用量為鈦酸丁酯摩爾量的1. 5 2. 5倍；步驟2 分別配製Mn、Ce或Y摻雜前驅液；將MruCe或Y前驅體分別溶於熱冰醋酸中，分別採用冰醋酸調節PH值至3 4之 間，最後用乙醯丙酮和乙二醇甲醚的混合溶劑定溶，分別得到0. 04 0. IM的MruCe或Y摻 雜前驅液；步驟3 選擇步驟2所得MruCe或Y摻雜前驅液中的兩種摻雜前驅液與步驟1所得 的BST溶膠混合，其中每種摻雜前驅液中前驅體與BST溶膠中Ti的摩爾比為0. 5 100 5 100之間；然後攪拌下將混合體系加熱至不超過80°C，得到二元摻雜的BST溶膠；
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步驟4 將步驟3所得二元摻雜的BST溶膠在80 120°C下烘乾成為凝膠；然後 將凝膠在750 1150°C下燒結180 240分鐘，隨後自然冷卻得到二元共摻的BST微納粉 體。下面結合實施例子，對本發明作具體說明，但本發明的實施方式不限於此。實施例1 未添加檸檬酸Biia6Sra4TiO3微納粉體的製備步驟1:製備BST溶膠；採用Ba和Sr的前驅體溶於熱冰醋酸中形成鋇鍶前驅液，將鈦酸丁酯與乙醯丙酮 混合形成鈦前驅液，再將鋇鍶前驅液和鈦前驅液混合，然後採用冰醋酸調節混合溶液PH值 至3 4之間，最後用乙二醇甲醚定容得到0. 2 0. 4M的BST溶膠，其中Ba、Sr和Ti的摩 爾比為0. 6 0. 4 1 ；所述Ba和Sr的前驅體為Ba和Sr的醋酸鹽或硝酸鹽；所述乙醯丙 酮的用量為鈦酸丁酯摩爾量的1. 5 2. 5倍；步驟2 將步驟1所得BST溶膠在80 120°C下烘乾成為凝膠；然後將凝膠在 750 900°C下燒結180 240分鐘，隨後自然冷卻得到未摻雜的BST微納粉體。所制粉體的相結構如圖2(a)所示。可見，雖然衍射主峰為BST相結構，但有明顯 的雜峰出現，表明該粉體含雜相結構。實施例2 添加0. 75%摩爾比檸檬酸BST微納粉體的製備步驟1:製備BST溶膠；採用Ba和Sr的前驅體溶於熱冰醋酸中形成鋇鍶前驅液，將鈦酸丁酯與乙醯丙 酮混合形成鈦前驅液，再將鋇鍶前驅液和鈦前驅液混合，同時加入相當於Ti摩爾用量的 0. 75%的檸檬酸，然後採用冰醋酸調節混合溶液PH值至3 4之間，最後用乙二醇甲醚定 容得到0.2 0.4M的BST溶膠，其中Ba、Sr和Ti的摩爾比為0.6 0. 4 1;所述Ba和Sr 的前驅體為Ba和Sr的醋酸鹽或硝酸鹽；所述乙醯丙酮的用量為鈦酸丁酯摩爾量的1. 5 2. 5 倍；步驟2 將步驟1所得BST溶膠在80 120°C下烘乾成為凝膠；然後將凝膠在 750 900°C下燒結180 240分鐘，隨後自然冷卻得到未摻雜的BST微納粉體。所制粉體的相結構如圖2(b)所示。衍射峰全為BST相結構，且強度比圖2(a)的 顯著增強，無雜峰出現，表明該粉體不含雜相。實驗還證明，添加0. 25 1. 25%摩爾比的檸檬酸的BST粉體的製備步驟與添加 0. 75%摩爾比檸檬酸BST粉體的相同，所製備的BST粉體的相結構也接近。實施例3 未添加檸檬酸Mn摻雜BST微納粉體的製備步驟1:製備BST溶膠；採用Ba和Sr的前驅體溶於熱冰醋酸中形成鋇鍶前驅液，將鈦酸丁酯與乙醯丙酮 混合形成鈦前驅液，再將鋇鍶前驅液和鈦前驅液混合，然後採用冰醋酸調節混合溶液PH值 至3 4之間，最後用乙二醇甲醚定容得到0. 2 0. 4M的BST溶膠，其中Ba、Sr和Ti的摩 爾比為0. 6 0. 4 1 ；所述Ba和Sr的前驅體為Ba和Sr的醋酸鹽或硝酸鹽；所述乙醯丙 酮的用量為鈦酸丁酯摩爾量的1. 5 2. 5倍；步驟2 配製Mn摻雜前驅液；將Mn前驅體溶於熱冰醋酸中，採用冰醋酸調節PH值至3 4之間，最後用乙醯丙 酮和乙二醇甲醚的混合溶劑定溶，得到0. 04 0. IM的Mn摻雜前驅液；
步驟3 將步驟2所得Mn摻雜前驅液與步驟1所得的BST溶膠混合，其中Mn摻雜 前驅液中Mn與BST溶膠中Ti的摩爾比為0. 5 100 ；然後攪拌下將混合體系加熱至不超 過80°C，得到Mn摻雜的BST溶膠；步驟4 將步驟3所得Mn摻雜的BST溶膠在80 120°C下烘乾成為凝膠；然後將 凝膠在950 1150°C下燒結180 240分鐘，隨後自然冷卻得到Mn摻雜的BST微納粉體。同理，分別製備摻雜1 %和5%的Mn摻雜BST粉體。上述分別製備的摻雜MnO. 5 %、1 %、5 %摩爾比的BST粉體，其相結構分別為圖 3(a) (c)所示。衍射主峰不是BST的相結構，而是雜相。從實驗觀察可知，未添加檸檬酸 的溶膠在加熱過程中的穩定性很差，很快沉澱而得不到純BST凝膠及粉體。實施例4 未添加檸檬酸且1 %二元共摻BST微納粉體的製備步驟1:製備BST溶膠；採用Ba和Sr的前驅體溶於熱冰醋酸中形成鋇鍶前驅液，將鈦酸丁酯與乙醯丙酮 混合形成鈦前驅液，再將鋇鍶前驅液和鈦前驅液混合，然後採用冰醋酸調節混合溶液PH值 至3 4之間，最後用乙二醇甲醚定容得到0. 2 0. 4M的BST溶膠，其中Ba、Sr和Ti的摩 爾比為0. 6 0. 4 1 ；所述Ba和Sr的前驅體為Ba和Sr的醋酸鹽或硝酸鹽；所述乙醯丙 酮的用量為鈦酸丁酯摩爾量的1. 5 2. 5倍；步驟2 分別配製Mn、Ce或Y摻雜前驅液；將MruCe或Y摻雜前驅體分別溶於熱冰醋酸中，分別採用冰醋酸調節PH值至3 4之間，最後用乙醯丙酮和乙二醇甲醚的混合溶劑定溶，分別得到0. 04 0. IM的MruCe或 Y摻雜前驅液；步驟3 將步驟2所得MruCe或Y摻雜前驅液與步驟1所得的BST溶膠混合，其中 每種摻雜前驅液中前驅體與BST溶膠中Ti的摩爾比為1 100 ；然後攪拌下將混合體系加 熱至不超過80°C，得到二元摻雜的BST溶膠；步驟4 將步驟3所得二元摻雜的BST溶膠在80 120°C下烘乾成為凝膠；然後 將凝膠在750 1150°C下燒結180 240分鐘，隨後自然冷卻得到二元共摻的BST微納粉 體。按照上面的步驟分別製備各元素摻雜濃度為摩爾比的Ce和Y共摻、Mn和Ce 共摻以及Mn和Y共摻的BST微納粉體，其相結構分別如圖4(a)、(b)、(c)所示。同Mn—元 摻雜類似，主峰不是BST相結構，而是雜相結構，有關原因也相同，即二元共摻BST溶膠，若 不添加檸檬酸，其熱穩定性也很差，導致不純的BST凝膠及粉體。實施例5 添加0. 75%摩爾比檸檬酸的一元摻雜BST微納粉體的製備步驟1:製備BST溶膠；採用Ba和Sr的前驅體溶於熱冰醋酸中形成鋇鍶前驅液，將鈦酸丁酯與乙醯丙 酮混合形成鈦前驅液，再將鋇鍶前驅液和鈦前驅液混合，同時加入相當於Ti摩爾用量的 0. 75%的檸檬酸，然後採用冰醋酸調節混合溶液PH值至3 4之間，最後用乙二醇甲醚定 容得到0.2 0.4M的BST溶膠，其中Ba、Sr和Ti的摩爾比為0.6 0. 4 1;所述Ba和Sr 的前驅體為Ba和Sr的醋酸鹽或硝酸鹽；所述乙醯丙酮的用量為鈦酸丁酯摩爾量的1. 5 2. 5 倍；步驟2 分別配製Mn、Ce或Y摻雜前驅液；
將Mn、Ce或Y前驅體溶於熱冰醋酸中，採用冰醋酸調節PH值至3 4之間，最後 用乙醯丙酮和乙二醇甲醚的混合溶劑定溶，得到0. 04 0. IM的Mn、Ce或Y摻雜前驅液；步驟3 任選將步驟2所得MruCe或Y摻雜前驅液中的一種與步驟1所得的BST溶 膠混合，其中MruCe或Y摻雜前驅液中摻雜前驅體與BST溶膠中Ti的摩爾比為0. 5 100 ； 然後攪拌下將混合體系加熱至不超過80°C，得到Mn、Ce或Y摻雜的BST溶膠；步驟4 將步驟3所得MruCe或Y摻雜的BST溶膠在80 120°C下烘乾成為凝膠； 然後將凝膠在950 1150°C下燒結180 240分鐘，隨後自然冷卻得到MruCe或Y摻雜的 BST微納粉體。上述三種添加0. 75%摩爾比檸檬酸的0. 5% —元摻雜BST微納粉體的相結構如圖 5所示；同理可分別製備三種添加0. 75%摩爾比檸檬酸的—元摻雜BST微納粉體的相 結構如圖6所示；同理可分別製備三種添加0. 75%摩爾比檸檬酸的5% —元摻雜BST微納 粉體的相結構如圖7所示。由圖5可知，添加檸檬酸，即便在低濃度摻雜製備Mn、Ce、Y 一元摻雜BST粉體，其 衍射主峰均為BST相結構，基本無雜相，其中Mn摻雜的峰強最弱，而Y摻雜的最強。由此表 明，檸檬酸有效提高了溶膠的熱穩定性，獲得了純的凝膠及粉體。隨著摻雜濃度的增加，衍 射主峰仍然均為BST相結構，但峰強有所降低，也有微弱的雜峰出現，如圖6和圖7所示。實驗證明，在溶膠裡添加0. 25 1. 25%摩爾比的檸檬酸，獲得與添加0. 75%摩爾 比的檸檬酸類似的結果。實施例6 添加0. 75%摩爾比檸檬酸二元共摻BST微納粉體的製備步驟1:製備BST溶膠；採用Ba和Sr的前驅體溶於熱冰醋酸中形成鋇鍶前驅液，將鈦酸丁酯與乙醯丙 酮混合形成鈦前驅液，再將鋇鍶前驅液和鈦前驅液混合，同時加入相當於Ti摩爾用量的 0. 75%的檸檬酸，然後採用冰醋酸調節混合溶液PH值至3 4之間，最後用乙二醇甲醚定 容得到0.2 0.4M的BST溶膠，其中Ba、Sr和Ti的摩爾比為0.6 0. 4 1;所述Ba和Sr 的前驅體為Ba和Sr的醋酸鹽或硝酸鹽；所述乙醯丙酮的用量為鈦酸丁酯摩爾量的1. 5 2. 5 倍；步驟2 分別配製Mn、Ce摻雜前驅液；將MruCe摻雜前驅體分別溶於熱冰醋酸中，分別採用冰醋酸調節PH值至3 4之 間，最後用乙醯丙酮和乙二醇甲醚的混合溶劑定溶，分別得到0. 04 0. IM的MruCe摻雜前 驅液；步驟3 將步驟2所得MruCe摻雜前驅液與步驟1所得的BST溶膠混合，其中每種 摻雜前驅液中前驅體與BST溶膠中Ti的摩爾比為0. 5 100 ；然後攪拌下將混合體系加熱 至不超過80°C，得到Mn、Ce 二元摻雜的BST溶膠；步驟4 將步驟3所得MruCe 二元摻雜的BST溶膠在80 120°C下烘乾成為凝膠； 然後將凝膠在950 1150°C下燒結180 240分鐘，隨後自然冷卻得到MruCe 二元共摻的 BST微納粉體。上述所製備的添加0. 75%摩爾比檸檬酸且0. 5%摻雜的Mn和Ce共摻BST微納粉 體，其相結構如圖8 (a)所示；同理可製備添加0. 75%摩爾比檸檬酸且摻雜的Mn和Ce共 摻BST微納粉體(如圖8 (b))和添加0. 75%摩爾比檸檬酸且5%摻雜的Mn和Ce共摻BST微納粉體(如圖8(c))按照上面步驟分別製備了不同二元共摻及不同摻雜濃度的BST粉體，其相結構如 圖8 10所示。可見，添加檸檬酸，二元共摻呈現與一元摻雜類似的BST粉體結構，即衍射 主峰均為BST相結構，雜峰較弱。其中，Mn和Ce共摻、Mn和Y共摻的峰強相當且相對較弱， 而Y和Ce共摻的峰強最強。同時，隨著摻雜濃度的增加，衍射峰的強度減弱，也有微弱的雜 峰出現。再次表明，檸檬酸有效提高了溶膠的熱穩定性，獲得了較純的凝膠及粉體。同樣，在溶膠裡添加0. 25 1. 25%摩爾比的檸檬酸，也獲得與添加0. 75%摩爾比 的檸檬酸類似的結果。 實施例7 (Ba+Sr) /Ti摩爾比對Mn和Ce共摻BST微納粉體的影響以上實施例子的BST均為BEia6Sra4Ti03。由於BST是鈦酸鋇和鈦酸鍶的任意固溶 體，下面就(Ba+Sr)/Ti摩爾比=0. 8進行Mn和Ce 二元共摻(Ba0.6Sr0.4)0. JiO3粉體製備， 其製備步驟與「實施例6」相同，將步驟中的Ba0.6Sr0. JiO3替換為(Ba0.6Sr0.4)0. JiO3即可。此外，其他如(Ba+Sr)/Ti = 1 的 BaxSr1^xTiO3 (0 < χ < 1)及(Ba+Sr) /Ti Φ 1 的 BaxSr1^xTiltyO3 (0 <χ<1，0彡 y 彡 0. 25)，均為 BST，只將「實施例 6」步驟中的 Biia6Sra4TiO3 替換即可。其它二元摻雜BST粉體的製備，用所需的二元摻雜元素取代Mn和Ce即可。對製備的不同(Ba+Sr)/Ti比的BST粉體進行相結構分析，同其它實施例子一樣， 若在溶膠裡添加檸檬酸，粉體的主峰均為相應的BST相結構，若不添加檸檬酸，粉體均含雜 相。下面顯示部分實施例子有關粉體的掃描電鏡(SEM)形貌。圖11所示為檸檬酸對低濃度一元摻雜BST粉體形貌的影響。各粉體均由微納晶 粒組成。Mn摻雜對應較好的結晶性，晶粒由粒狀和塊狀組成，最小尺寸約lOOnm，最大的約 數微米。Ce摻雜和Y摻雜對應的晶粒大小多為納米級，且眾多納米晶團聚、堆垛及融合在一 起。當摻雜濃度增到或1. 5%摩爾比，其變化趨勢不變，如圖12和圖13所示。低濃度二元摻雜的形貌如圖14所示。各粉體的形貌依舊保持各摻雜元素的特點。 Ce和Mn低濃度共摻比Mn單摻對應的粉體晶粒有所減小，結晶性仍很好。Y和Mn共摻後的 形貌結合了兩種元素單摻的特點。但Ce和Y共摻後的形貌與兩種元素單摻的相似。如圖15所示，當二元摻雜濃度均增到1 %摩爾比時，Ce和Mn共摻對應的晶粒大的 更大，小的更小；Y和Mn共摻的晶粒明顯變大；而Ce和Y共摻的形貌變化不大。當二元摻雜濃度均進一步增到1. 5%摩爾比時，Ce和Mn共摻對應的晶粒趨於均勻 化，大小適中；Y和Mn共摻的晶粒趨於大的變大，小的變小，但總的變化不明顯；Ce和Y共摻 的形貌變化依然不大，如圖16所示。總之，圖11 16進一步證實了添加檸檬酸的摻雜BST粉體均由微納晶粒組成，和
相結構一致。其它實施例子不贅述。對以上部分實施例子的介電性能進行測試。結果表明，介電性能大幅度提高。通 過摻雜元素的選擇、摻雜濃度的控制、製備工藝的改善等，二元摻雜使BST粉體的綜合介 電性能大幅度提高，可滿足微波調諧器件高頻需要。幾個重要介電性能如下介電常數
9介於150 1200，調諧率介於20 65 %，介電損耗介於0. 0003 0. 006，介溫係數介於 0. 0002 0. 001/K。
權利要求
1.一種二元共摻BST微納粉體的製備方法，包括以下步驟步驟1:製備BST溶膠；採用Ba和Sr的前驅體溶於熱冰醋酸中形成鋇鍶前驅液，將鈦酸丁酯與乙醯丙酮混合 形成鈦前驅液，再將鋇鍶前驅液和鈦前驅液混合，同時加入相當於Ti摩爾用量的0. 25 1. 25%的檸檬酸，然後採用冰醋酸調節混合溶液PH值至3 4之間，最後用乙二醇甲醚定 容得到0.2 0.4M的BST溶膠，其中Ba、Sr和Ti的摩爾比為χ (l-χ) (l+y),0 < χ < 1,0 ^y ^0. 25 ；所述Ba和Sr的前驅體為Ba和Sr的醋酸鹽或硝酸鹽；所述乙醯丙酮 的用量為鈦酸丁酯摩爾量的1. 5 2. 5倍；步驟2 分別配製Mn、Ce或Y摻雜前驅液；將MruCe或Y摻雜前驅體分別溶於熱冰醋酸中，分別採用冰醋酸調節PH值至3 4之 間，最後用乙醯丙酮和乙二醇甲醚的混合溶劑定溶，分別得到0. 04 0. IM的MruCe或Y摻 雜前驅液；步驟3 選擇步驟2所得Mn、Ce或Y摻雜前驅液中的兩種摻雜前驅液與步驟1所得的 BST溶膠混合，其中每種摻雜前驅液中前驅體與BST溶膠中Ti的摩爾比為0. 5 100 5 100之間；然後攪拌下將混合體系加熱至不超過80°C，得到二元摻雜的BST溶膠；步驟4 將步驟3所得二元摻雜的BST溶膠在80 120°C下烘乾成為凝膠；然後將凝膠 在750 1150°C下燒結180 240分鐘，隨後自然冷卻得到二元共摻的BST微納粉體。
2.根據權利要求1所述的二元共摻BST微納粉體的製備方法，其特徵在於，步驟4中先 將凝膠碾磨成粉體後再燒結。
3.根據權利要求1所述的二元共摻BST微納粉體的製備方法，其特徵在於，若所述 二元共摻BST微納粉體為錳鈰或錳釔共摻BST微納粉體，步驟4中的燒結溫度為950°C 1150°C。
4.根據權利要求1所述的二元共摻BST微納粉體的製備方法，其特徵在於，若所述二元 共摻BST微納粉體為鈰釔共摻BST微納粉體，步驟4中的燒結溫度為750 850°C。
全文摘要
本發明針對常規Sol-gel法製備BST粉體存在雜相，導致其介電性能較差的技術問題，提供了一種二元共摻BST微納粉體的製備方法，屬於功能材料技術領域。本發明對BST進行二元共摻並在BST溶膠的製備過程中添加檸檬酸，使二元共摻BST溶膠在形成凝膠的過程中穩定性、均一性得到大幅度提高，從而獲得純度更高的凝膠，經過燒結後獲不含雜相的BST微納粉體，使其介電性能大幅度提高(介電常數介於150～1200，調諧率介於20～65％，介電損耗介於0.0003～0.006，介溫係數介於0.0002～0.001/K)，能夠實現在微波調諧器件中的應用，且方法方便、快捷、廉價、高效。
文檔編號C04B35/47GK102060525SQ201010581238
公開日2011年5月18日 申請日期2010年12月9日 優先權日2010年12月9日
發明者尉旭波, 廖家軒, 徐自強, 汪澎, 魏雄邦 申請人:電子科技大學