纳米结构的方法
纳米结构的方法
【技术领域】：
[0001 ]纳米粉体的水热合成方法，属于新型功能陶瓷材料的制备技术领域。
【背景技术】：
[0002] 高温高压水热法是制备陶瓷纳米粉体的重要化学合成方法，其产物的形貌、成分 及相结构取决于水热过程中压强、温度、时间及反应物浓度等多个因素的控制。与一些传统 制备手段相比，具有许多优点，比如在水溶液中混合均匀性好、在高温高压的水热体系中， 化学反应速度快无需煅烧、避免了硬团聚的产生粒度小且分布均匀，反应活性好，相对较容 易的组分调控，形貌丰富多样，可以制备其他方法难以制备的某些物相、低温同质异构体 等，易于保留水热过程中的亚稳态、中间态，探索新的物相等。
[0003] 目前对不同形貌的KNb03纳米结构的研究和报道，尤其是"类金字塔"型结构的制 备和性能研究几乎还是空白。不同的粉体形貌和相结构，将大大影响材料的力学性能和电 学性能，其形成机制也需要进一步的探索和研究。
[0004] 本发明在低温非平衡条件下，采用廉价原料，以水-乙醇作溶剂，使用一步水热法 通过对反应原料浓度、反应溶剂种类以及矿化剂浓度等工艺参数的调控，首次制备了 "金字 塔"形状的四方相KNb03纳米结构，推动了水热技术在制备无铅陶瓷纳米材料制备领域的进 展并有利于形貌、结构及性能之间相互作用机制的进一步研究。
【发明内容】
[0005] 本发明所采用的制备"金字塔"形无铅压电陶瓷铌酸钾纳米粉体的高温高压水热 合成方法，其特征在于包括以下工艺步骤：
[0006] 1)称取一定量的五氧化二铌粉体，且Nb2〇5的量为7.5mmol-10mmol/50ml水热反应 釜，将五氧化二铌粉体在研钵里充分研磨成细的粉末；
[0007] 2)配置浓度为15-16mo 1/L的氢氧化钾溶液；
[0008] 3)将称取研磨好的五氧化二铌粉末，加入到已经配好的氢氧化钾溶液中，使用磁 力搅拌器充分搅拌，使其混合均匀；
[0009] 4)将混合溶液转移到聚四氟乙烯的反应釜中，填充度为80%-85%;然后将反应釜 密封到钢制的水热罐中，密封完全，将水热反应罐整体转移至反应炉中，150-160°C温度下， 反应70h;
[0010] 5)反应结束后，以10°C/h的速率降至室温，采用沉淀法获取固态产物；
[0011] 6)将上述产物得到的产物用去离子水离心、洗涤若干次直至上层清液的pH值达到 7干燥，可得到规则的"金字塔"形结构KNb0 3晶体，其垂直高度为1-3μπι。
[0012] 通过矿化剂浓度以及温度等工艺参数调控，可获得其它不同形状的纳米结构；在 180°C温度以及矿化剂浓度为15mo VL情况下，得到规则的立方体形貌的KNb03晶体;在150 °〇温度以及矿化剂浓度为25mol/L情况下，得到针尖状和长方体形貌的KNb0 3晶体;矿化剂 为氢氧化钾溶液。
[0013] 不同的形貌在形成纳米压电-铁电器件的时候具有不同的特征和优势，"金字塔" 形纳米结构由于其独特的结构，在力学性能及电学性能方面具有良好的应用优势，在压电 铁电纳微尺度器件开发方面具有应用前景。
[0014] 本发明的有益效果在于：
[0015] 本发明，利用简单的设备和巧妙的工艺调控，在较低温度非平衡的条件下以水-乙 醇作为反应溶剂，通过一步水热法首次获得了"金字塔"形貌的四方相KNb0 3纳米结构。本发 明工艺路线简单，合成温度较低，通过调节工艺参数可以方便的得到固相法不能得到的金 字塔形KNb0 3纳米结构，可以方便控制KNb03的形貌。
【附图说明】
[0016] 图1实施例1获得的"类金字塔"形貌的KNb〇3扫描电镜全貌 [0017]图2实施例2获得的"金字塔"形貌KNb〇3扫描电镜图
[0018] 图3实施例2获得的"金字塔"形貌的KNb〇3的XRD射线衍射图谱
[0019] 图4实施例2获得的金字塔形貌的KNb03的选区电子衍射照片
[0020] 图5实施例3获得的"立方体"形貌的KNb〇3扫描电镜图 [0021]图6实施例4获得的"针尖状"形貌的KNb03扫描电镜图 [0022]图7实施例5获得的"长方体"状的KNb0 3扫描电镜图 [0023]图8实施例5获得的"长方体"形貌粉体的XRD射线衍射图谱 [0024]图9实施例5获得的"长方体"形貌KNb0 3的EDS成分分析
[0025]图10实施例5利用AFM测得的KNb03纳米结构的力学性能分析:载荷-位移曲线
【具体实施方式】
[0026]下面通过实施例进一步阐明本发明的实质性特点，但本发明决不仅局限于以下实 施例。实施例中所涉及的主要参数的设置如下表所示：
[0028] 其中反应温度选择在150-180°C之间，反应釜填充度在80 %-85 %，矿化剂浓度在 15-25mol/L之间，反应时间为70h，使反应原料充分反应。在保证在不损坏聚四氟乙烯反应 釜材质的情况下，提供水热反应所需要成相温度和压强条件。使反应原料在原位生长机制 及溶解-再结晶机制共同作用下，充分反应。矿化剂浓度会影响反应物的溶解度，只有在反 应物的有效浓度大于相应的一个最低过饱和度时，才能导致晶体的成核及生长，并影响成 核速率，从而决定晶体形貌和晶粒尺寸。本发明中选取KOH同时作为钾源和矿化剂，在15-25mol/L条件下使反应产物具有良好的形貌可控性。五氧化二铌物质的量为1mmol-lOmmol/ 50ml水热反应釜，在此范围内不同形貌和相结构的KNb03纳米结构可以合成，然后通过对工 艺参数的调控，我们首次制备了"金字塔"形貌的KNb0 3四方相结构。
[0029] 我们研究了其生长机制：在相应的反应物浓度和矿化剂条件下，较低的溶解度不 利于晶粒的均匀分散，并且生长成的晶粒在各个方向的生长速率不能得到很好的控制，所 以这些小的晶粒通过"自组装"过程，自下而上、层层叠加的堆积过程，通过定向生长最终而 生长成为"八面体"和"金字塔"形等类金字塔形结构。类金字塔形KNb0 3陶瓷粉体纳米结构 的形成，也证明了金字塔形晶体结构的稳定性和牢固性。
[0030] 产物的粉末X射线衍射(XRD)图谱采用的仪器为Bruker D-8Advance粉末衍射仪 (Cu Κα辐射，λ=1,5406 A);形貌分析采用为Hitachi S-4800和SU8020型场发射扫描电子显 微镜；电子衍射谱及能量分析谱所用仪器为JEM-2010型透射电子显微镜及其EDS附件;使用 原子力显微镜(AFM)测试系统对所制得的样品进行力学性能测试。
[0031] 实施例1
[0032]称取2.0g(7.5mmol)的五氧化二铌粉体，将五氧化二铌在研钵里充分研磨成细的 粉末;然后将33.7g的Κ0Η晶体溶解到30mL的水中，配制成15mo 1/L浓度的氢氧化钾 溶液，利 用磁力搅拌器使其充分溶解;将称取研磨好的五氧化二铌粉末，加入到已经配好的氢氧化 钾碱性溶液中，使用磁力搅拌器充分搅拌，使其混合均匀;接着，将混合溶液转移到聚四氟 乙烯内胆的反应釜中，填充度为80%;然后将反应釜密封到钢制的水热罐中，密封完全，将 水热罐整体转移至反应炉中，在150°C温度下，反应70h;达到反应时间后以10°C/h的速率降 至室温，接着将水热罐从反应炉中取出，倒掉上部液体;将上述反应得到的产物用去离子水 进行离心、洗涤若干次，直至上层清液的pH值达到7，将粉体干燥，然后得到八面体结构的 "类金字塔形" KNb03结构；
[0033] 实施例2
[0034]提高五氧化二铌的质量，称取2.658g(10mmol)的五氧化二铌粉体，在研钵里充分 研磨成细的粉末;然后将33.7g即600mmo 1的Κ0Η晶体溶解到30mL的水中，配制成15mo VL浓 度的氢氧化钾溶液，利用磁力搅拌器使其充分溶解;将研磨好的五氧化二铌粉末，加入到已 经配好的15mol/L的氢氧化钾碱性溶液中，使用磁力搅拌器充分搅拌，使其混合均匀;接着， 将混合溶液转移到聚四氟乙烯内胆的反应釜中，填充度为80% ;然后将反应釜密封到钢制 的水热罐中，密封完全，将水热罐整体转移至反应炉中，将温度提高到160°C，反应70h;达到 反应时间后，以l〇°C/h的速率降至室温，接着将水热罐从反应炉中取出，倒掉上部液体;将 上述反应得到的产物用去离子水进行离心、洗涤若干次，直至上层清液的pH值达到7,将粉 体干燥，然后得到干燥、纯净的"金字塔"形貌的KNb0 3纳米结构。
[0035] 实施例3
[0036] 称取2.0g(7.5mmol)的五氧化二铌粉体，在研钵里充分研磨成细的粉末;然后将 33.7g即600mmo 1的Κ0Η晶体溶解到30mL的水中，配制成15mo VL浓度的氢氧化钾溶液，利用 磁力搅拌器使其充分溶解;将研磨好的五氧化二铌粉末，加入到已经配好的15mol/L的氢氧 化钾溶液中，使用磁力搅拌器搅拌，使其混合均匀;接着，将混合溶液转移到聚四氟乙烯内 胆的反应釜中，填充度为80 % ;然后将反应釜密封到钢制的水热罐中，密封完全，将水热罐 转移至反应炉中，将温度提高到180°C，反应70h;达到反应时间后以10°C/h的速率降至室 温，接着将水热罐从反应炉中取出，倒掉上部液体;将上述反应得到的产物用去离子水进行 离心、洗涤若干次，直至上层清液的pH值达到7，将粉体干燥，然后得到规则的"立方体"形貌 的KNb0 3纳米结构。
[0037] 实施例4
[0038]称取0.30g( lmmol)的五氧化二铌粉体，在研钵里充分研磨成细的粉末；然后将 43.6682g的Κ0Η晶体溶解到30mL的水中，配制成25mol/L浓度的氢氧化钾溶液，利用磁力搅 拌器使其充分溶解;将称取研磨好的五氧化二铌粉末，加入到已经配好的氢氧化钾碱性溶 液中，使用磁力搅拌器充分搅拌，使其混合均匀;接着，将混合溶液转移到聚四氟乙烯内胆 的反应釜中，填充度为80%;然后将反应釜密封到钢制的水热罐中，密封完全，将水热罐整 体转移至反应炉中，在150°C温度下，反应70h;达到反应时间后以10°C/h的速率降至室温， 接着将水热罐从反应炉中取出，倒掉上部液体;将上述反应得到的产物用去离子水进行离 心、洗涤若干次，直至上层清液的pH值达到7，将粉体干燥，然后得到纯净的"针尖状"纳米结 构；
[0039] 实施例5
[0040]将反应物五氧化二铌的量提高到2.0g(7.5mmol)，将五氧化二铌在研钵里充分研 磨成细的粉末;然后将43.6682g的Κ0Η晶体溶解到30mL的水中，配制成25m〇VL浓度的氢氧 化钾溶液，利用磁力搅拌器使其充分溶解;将称取研磨好的五氧化二铌粉末，加入到已经配 好的25mol/L的氢氧化钾碱性溶液中，使用磁力搅拌器充分搅拌，使其充分混合;接着，将混 合溶液转移到聚四氟乙烯内胆的反应釜中，填充度为85% ;然后将反应釜密封到钢制的水 热罐中，密封完全，将水热罐转移至反应炉中，在150°C温度下，反应70h;达到反应时间后以 l〇°C/h的速率降至室温，接着将水热罐从反应炉中取出，倒掉上层液体;将上述反应得到的 粉体用去离子水进行离心、洗涤若干次，直至上层清液的pH值达到7,将粉体干燥，然后得到 干燥纯净的"长方体"形KNb0 3结构。
【主权项】
1. 一种水热制备金字塔形KNb〇3纳米结构的方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 称取一定量的五氧化二铌粉体，且Nb2〇5的量为7.5mmol-10mmol/50ml水热反应釜，将 五氧化二铌粉体在研钵里充分研磨成细的粉末； 2) 配置浓度为15-16mol/L的氢氧化钾溶液； 3) 将称取研磨好的五氧化二铌粉末，加入到已经配好的氢氧化钾溶液中，使用磁力搅 拌器充分搅拌，使其混合均匀； 4) 将混合溶液转移到聚四氟乙烯的反应釜中，填充度为80%-85%;然后将反应釜密封 到钢制的水热罐中，密封完全，将水热反应罐整体转移至反应炉中，150-160° C温度下，反应 70h； 5) 反应结束后，以10°C/h的速率降至室温，采用沉淀法获取的固态产物； 6) 将上述产物得到的产物用去离子水离心、洗涤若干次直至上层清液的pH值达到7干 燥，得到"金字塔"形结构KNb03晶体。2. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于:在180°C温度以及氢氧化钾浓度为15mol/L 情况下，得到立方体形貌的KNb03晶体;在150°C温度以及氢氧化钾浓度为25m〇VL情况下， 得到针尖状和长方体形貌的KNb0 3晶体。3. 按照权利要求1所述的方法所制备的晶体，其特征在于:应用在压电铁电纳微尺度器 件开发方面。
【专利摘要】一种水热制备金字塔形KNbO3纳米结构的方法属于新型功能纳米材料的制备技术领域。本发明步骤：将五氧化二铌粉体在研钵里充分研磨成细的粉末，配置不同浓度的KOH溶液；将配好的氢氧化钾溶液加至反应釜中，在150-180℃温度下反应70h；反应结束后，以10℃/h的速率降至室温，使反应产物由于密度不同发生相分离；最终经过离心、洗涤，直到上层清液的pH值达到7；干燥，得到纯净、标准的“金字塔”结构的KNbO3纳米粉体，同时研究了其生长机制，并分析了其应用优势。本发明在低温非平衡条件下，采用廉价原料，以高纯水作溶剂，使用一步水热法通过对工艺参数的调控，首次制备了“金字塔”形的KNbO3纳米结构。
【IPC分类】B82Y30/00, B82Y40/00, C01G33/00
【公开号】CN105502498
【申请号】CN201510961744
【发明人】刘立英, 张化振, 朱满康, 侯育冬, 王如志, 严辉, 隋曼龄
【申请人】北京工业大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月20日
【技术领域】：
[0001 ]纳米粉体的水热合成方法，属于新型功能陶瓷材料的制备技术领域。
【背景技术】：
[0002] 高温高压水热法是制备陶瓷纳米粉体的重要化学合成方法，其产物的形貌、成分 及相结构取决于水热过程中压强、温度、时间及反应物浓度等多个因素的控制。与一些传统 制备手段相比，具有许多优点，比如在水溶液中混合均匀性好、在高温高压的水热体系中， 化学反应速度快无需煅烧、避免了硬团聚的产生粒度小且分布均匀，反应活性好，相对较容 易的组分调控，形貌丰富多样，可以制备其他方法难以制备的某些物相、低温同质异构体 等，易于保留水热过程中的亚稳态、中间态，探索新的物相等。
[0003] 目前对不同形貌的KNb03纳米结构的研究和报道，尤其是"类金字塔"型结构的制 备和性能研究几乎还是空白。不同的粉体形貌和相结构，将大大影响材料的力学性能和电 学性能，其形成机制也需要进一步的探索和研究。
[0004] 本发明在低温非平衡条件下，采用廉价原料，以水-乙醇作溶剂，使用一步水热法 通过对反应原料浓度、反应溶剂种类以及矿化剂浓度等工艺参数的调控，首次制备了 "金字 塔"形状的四方相KNb03纳米结构，推动了水热技术在制备无铅陶瓷纳米材料制备领域的进 展并有利于形貌、结构及性能之间相互作用机制的进一步研究。
【发明内容】
[0005] 本发明所采用的制备"金字塔"形无铅压电陶瓷铌酸钾纳米粉体的高温高压水热 合成方法，其特征在于包括以下工艺步骤：
[0006] 1)称取一定量的五氧化二铌粉体，且Nb2〇5的量为7.5mmol-10mmol/50ml水热反应 釜，将五氧化二铌粉体在研钵里充分研磨成细的粉末；
[0007] 2)配置浓度为15-16mo 1/L的氢氧化钾溶液；
[0008] 3)将称取研磨好的五氧化二铌粉末，加入到已经配好的氢氧化钾溶液中，使用磁 力搅拌器充分搅拌，使其混合均匀；
[0009] 4)将混合溶液转移到聚四氟乙烯的反应釜中，填充度为80%-85%;然后将反应釜 密封到钢制的水热罐中，密封完全，将水热反应罐整体转移至反应炉中，150-160°C温度下， 反应70h;
[0010] 5)反应结束后，以10°C/h的速率降至室温，采用沉淀法获取固态产物；
[0011] 6)将上述产物得到的产物用去离子水离心、洗涤若干次直至上层清液的pH值达到 7干燥，可得到规则的"金字塔"形结构KNb0 3晶体，其垂直高度为1-3μπι。
[0012] 通过矿化剂浓度以及温度等工艺参数调控，可获得其它不同形状的纳米结构；在 180°C温度以及矿化剂浓度为15mo VL情况下，得到规则的立方体形貌的KNb03晶体;在150 °〇温度以及矿化剂浓度为25mol/L情况下，得到针尖状和长方体形貌的KNb0 3晶体;矿化剂 为氢氧化钾溶液。
[0013] 不同的形貌在形成纳米压电-铁电器件的时候具有不同的特征和优势，"金字塔" 形纳米结构由于其独特的结构，在力学性能及电学性能方面具有良好的应用优势，在压电 铁电纳微尺度器件开发方面具有应用前景。
[0014] 本发明的有益效果在于：
[0015] 本发明，利用简单的设备和巧妙的工艺调控，在较低温度非平衡的条件下以水-乙 醇作为反应溶剂，通过一步水热法首次获得了"金字塔"形貌的四方相KNb0 3纳米结构。本发 明工艺路线简单，合成温度较低，通过调节工艺参数可以方便的得到固相法不能得到的金 字塔形KNb0 3纳米结构，可以方便控制KNb03的形貌。
【附图说明】
[0016] 图1实施例1获得的"类金字塔"形貌的KNb〇3扫描电镜全貌 [0017]图2实施例2获得的"金字塔"形貌KNb〇3扫描电镜图
[0018] 图3实施例2获得的"金字塔"形貌的KNb〇3的XRD射线衍射图谱
[0019] 图4实施例2获得的金字塔形貌的KNb03的选区电子衍射照片
[0020] 图5实施例3获得的"立方体"形貌的KNb〇3扫描电镜图 [0021]图6实施例4获得的"针尖状"形貌的KNb03扫描电镜图 [0022]图7实施例5获得的"长方体"状的KNb0 3扫描电镜图 [0023]图8实施例5获得的"长方体"形貌粉体的XRD射线衍射图谱 [0024]图9实施例5获得的"长方体"形貌KNb0 3的EDS成分分析
[0025]图10实施例5利用AFM测得的KNb03纳米结构的力学性能分析:载荷-位移曲线
【具体实施方式】
[0026]下面通过实施例进一步阐明本发明的实质性特点，但本发明决不仅局限于以下实 施例。实施例中所涉及的主要参数的设置如下表所示：
[0028] 其中反应温度选择在150-180°C之间，反应釜填充度在80 %-85 %，矿化剂浓度在 15-25mol/L之间，反应时间为70h，使反应原料充分反应。在保证在不损坏聚四氟乙烯反应 釜材质的情况下，提供水热反应所需要成相温度和压强条件。使反应原料在原位生长机制 及溶解-再结晶机制共同作用下，充分反应。矿化剂浓度会影响反应物的溶解度，只有在反 应物的有效浓度大于相应的一个最低过饱和度时，才能导致晶体的成核及生长，并影响成 核速率，从而决定晶体形貌和晶粒尺寸。本发明中选取KOH同时作为钾源和矿化剂，在15-25mol/L条件下使反应产物具有良好的形貌可控性。五氧化二铌物质的量为1mmol-lOmmol/ 50ml水热反应釜，在此范围内不同形貌和相结构的KNb03纳米结构可以合成，然后通过对工 艺参数的调控，我们首次制备了"金字塔"形貌的KNb0 3四方相结构。
[0029] 我们研究了其生长机制：在相应的反应物浓度和矿化剂条件下，较低的溶解度不 利于晶粒的均匀分散，并且生长成的晶粒在各个方向的生长速率不能得到很好的控制，所 以这些小的晶粒通过"自组装"过程，自下而上、层层叠加的堆积过程，通过定向生长最终而 生长成为"八面体"和"金字塔"形等类金字塔形结构。类金字塔形KNb0 3陶瓷粉体纳米结构 的形成，也证明了金字塔形晶体结构的稳定性和牢固性。
[0030] 产物的粉末X射线衍射(XRD)图谱采用的仪器为Bruker D-8Advance粉末衍射仪 (Cu Κα辐射，λ=1,5406 A);形貌分析采用为Hitachi S-4800和SU8020型场发射扫描电子显 微镜；电子衍射谱及能量分析谱所用仪器为JEM-2010型透射电子显微镜及其EDS附件;使用 原子力显微镜(AFM)测试系统对所制得的样品进行力学性能测试。
[0031] 实施例1
[0032]称取2.0g(7.5mmol)的五氧化二铌粉体，将五氧化二铌在研钵里充分研磨成细的 粉末;然后将33.7g的Κ0Η晶体溶解到30mL的水中，配制成15mo 1/L浓度的氢氧化钾 溶液，利 用磁力搅拌器使其充分溶解;将称取研磨好的五氧化二铌粉末，加入到已经配好的氢氧化 钾碱性溶液中，使用磁力搅拌器充分搅拌，使其混合均匀;接着，将混合溶液转移到聚四氟 乙烯内胆的反应釜中，填充度为80%;然后将反应釜密封到钢制的水热罐中，密封完全，将 水热罐整体转移至反应炉中，在150°C温度下，反应70h;达到反应时间后以10°C/h的速率降 至室温，接着将水热罐从反应炉中取出，倒掉上部液体;将上述反应得到的产物用去离子水 进行离心、洗涤若干次，直至上层清液的pH值达到7，将粉体干燥，然后得到八面体结构的 "类金字塔形" KNb03结构；
[0033] 实施例2
[0034]提高五氧化二铌的质量，称取2.658g(10mmol)的五氧化二铌粉体，在研钵里充分 研磨成细的粉末;然后将33.7g即600mmo 1的Κ0Η晶体溶解到30mL的水中，配制成15mo VL浓 度的氢氧化钾溶液，利用磁力搅拌器使其充分溶解;将研磨好的五氧化二铌粉末，加入到已 经配好的15mol/L的氢氧化钾碱性溶液中，使用磁力搅拌器充分搅拌，使其混合均匀;接着， 将混合溶液转移到聚四氟乙烯内胆的反应釜中，填充度为80% ;然后将反应釜密封到钢制 的水热罐中，密封完全，将水热罐整体转移至反应炉中，将温度提高到160°C，反应70h;达到 反应时间后，以l〇°C/h的速率降至室温，接着将水热罐从反应炉中取出，倒掉上部液体;将 上述反应得到的产物用去离子水进行离心、洗涤若干次，直至上层清液的pH值达到7,将粉 体干燥，然后得到干燥、纯净的"金字塔"形貌的KNb0 3纳米结构。
[0035] 实施例3
[0036] 称取2.0g(7.5mmol)的五氧化二铌粉体，在研钵里充分研磨成细的粉末;然后将 33.7g即600mmo 1的Κ0Η晶体溶解到30mL的水中，配制成15mo VL浓度的氢氧化钾溶液，利用 磁力搅拌器使其充分溶解;将研磨好的五氧化二铌粉末，加入到已经配好的15mol/L的氢氧 化钾溶液中，使用磁力搅拌器搅拌，使其混合均匀;接着，将混合溶液转移到聚四氟乙烯内 胆的反应釜中，填充度为80 % ;然后将反应釜密封到钢制的水热罐中，密封完全，将水热罐 转移至反应炉中，将温度提高到180°C，反应70h;达到反应时间后以10°C/h的速率降至室 温，接着将水热罐从反应炉中取出，倒掉上部液体;将上述反应得到的产物用去离子水进行 离心、洗涤若干次，直至上层清液的pH值达到7，将粉体干燥，然后得到规则的"立方体"形貌 的KNb0 3纳米结构。
[0037] 实施例4
[0038]称取0.30g( lmmol)的五氧化二铌粉体，在研钵里充分研磨成细的粉末；然后将 43.6682g的Κ0Η晶体溶解到30mL的水中，配制成25mol/L浓度的氢氧化钾溶液，利用磁力搅 拌器使其充分溶解;将称取研磨好的五氧化二铌粉末，加入到已经配好的氢氧化钾碱性溶 液中，使用磁力搅拌器充分搅拌，使其混合均匀;接着，将混合溶液转移到聚四氟乙烯内胆 的反应釜中，填充度为80%;然后将反应釜密封到钢制的水热罐中，密封完全，将水热罐整 体转移至反应炉中，在150°C温度下，反应70h;达到反应时间后以10°C/h的速率降至室温， 接着将水热罐从反应炉中取出，倒掉上部液体;将上述反应得到的产物用去离子水进行离 心、洗涤若干次，直至上层清液的pH值达到7，将粉体干燥，然后得到纯净的"针尖状"纳米结 构；
[0039] 实施例5
[0040]将反应物五氧化二铌的量提高到2.0g(7.5mmol)，将五氧化二铌在研钵里充分研 磨成细的粉末;然后将43.6682g的Κ0Η晶体溶解到30mL的水中，配制成25m〇VL浓度的氢氧 化钾溶液，利用磁力搅拌器使其充分溶解;将称取研磨好的五氧化二铌粉末，加入到已经配 好的25mol/L的氢氧化钾碱性溶液中，使用磁力搅拌器充分搅拌，使其充分混合;接着，将混 合溶液转移到聚四氟乙烯内胆的反应釜中，填充度为85% ;然后将反应釜密封到钢制的水 热罐中，密封完全，将水热罐转移至反应炉中，在150°C温度下，反应70h;达到反应时间后以 l〇°C/h的速率降至室温，接着将水热罐从反应炉中取出，倒掉上层液体;将上述反应得到的 粉体用去离子水进行离心、洗涤若干次，直至上层清液的pH值达到7,将粉体干燥，然后得到 干燥纯净的"长方体"形KNb0 3结构。
【主权项】
1. 一种水热制备金字塔形KNb〇3纳米结构的方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 称取一定量的五氧化二铌粉体，且Nb2〇5的量为7.5mmol-10mmol/50ml水热反应釜，将 五氧化二铌粉体在研钵里充分研磨成细的粉末； 2) 配置浓度为15-16mol/L的氢氧化钾溶液； 3) 将称取研磨好的五氧化二铌粉末，加入到已经配好的氢氧化钾溶液中，使用磁力搅 拌器充分搅拌，使其混合均匀； 4) 将混合溶液转移到聚四氟乙烯的反应釜中，填充度为80%-85%;然后将反应釜密封 到钢制的水热罐中，密封完全，将水热反应罐整体转移至反应炉中，150-160° C温度下，反应 70h； 5) 反应结束后，以10°C/h的速率降至室温，采用沉淀法获取的固态产物； 6) 将上述产物得到的产物用去离子水离心、洗涤若干次直至上层清液的pH值达到7干 燥，得到"金字塔"形结构KNb03晶体。2. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于:在180°C温度以及氢氧化钾浓度为15mol/L 情况下，得到立方体形貌的KNb03晶体;在150°C温度以及氢氧化钾浓度为25m〇VL情况下， 得到针尖状和长方体形貌的KNb0 3晶体。3. 按照权利要求1所述的方法所制备的晶体，其特征在于:应用在压电铁电纳微尺度器 件开发方面。
【专利摘要】一种水热制备金字塔形KNbO3纳米结构的方法属于新型功能纳米材料的制备技术领域。本发明步骤：将五氧化二铌粉体在研钵里充分研磨成细的粉末，配置不同浓度的KOH溶液；将配好的氢氧化钾溶液加至反应釜中，在150-180℃温度下反应70h；反应结束后，以10℃/h的速率降至室温，使反应产物由于密度不同发生相分离；最终经过离心、洗涤，直到上层清液的pH值达到7；干燥，得到纯净、标准的“金字塔”结构的KNbO3纳米粉体，同时研究了其生长机制，并分析了其应用优势。本发明在低温非平衡条件下，采用廉价原料，以高纯水作溶剂，使用一步水热法通过对工艺参数的调控，首次制备了“金字塔”形的KNbO3纳米结构。
【IPC分类】B82Y30/00, B82Y40/00, C01G33/00
【公开号】CN105502498
【申请号】CN201510961744
【发明人】刘立英, 张化振, 朱满康, 侯育冬, 王如志, 严辉, 隋曼龄
【申请人】北京工业大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月20日
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