专利摘要

本发明公开了一种球聚体微纳米分级结构(K，Na)NbO3晶体及其制备方法，通过在溶剂中添加异丙醇来降低所需矿化剂浓度，同时又添加了表面活性剂来增加颗粒表面电势，提高体系的稳定性，在200℃的温度下经过12h水热反应合成具有纯相的(K，Na)NbO3球聚体，且该晶体为球聚体微纳米分级结构，是由直径为50‑100nm，厚度为10‑50nm的片状聚集成粒径为10μm的球聚体。该(K，Na)NbO3晶体具有钙钛矿结构，在发电机、光催化等方面有重要的应用，同时该方法为其它粒子的表面分级修饰提供了一种新的思路。

权利要求

1.一种球聚体微纳米分级结构(K，Na)NbO3晶体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：将42-46mL的蒸馏水和28-32mL的异丙醇配制成溶剂；

步骤二：为在上述溶剂中依次加入15-15.5g KOH、4-4.5g NaOH、2.8-3.2gNb2O5以及0.48-0.5wt％的表面活性剂，用玻璃棒缓慢搅拌至溶质全部溶解；

步骤三：溶解后的混合液放在磁力搅拌器上搅拌一定时间，倒入水热釜中，在一定温度下水热一段时间后，离心、洗涤、烘干得到球聚体微纳米分级结构(K，Na)NbO3晶体粉末。

2.根据权利要求1所述的一种球聚体微纳米分级结构(K，Na)NbO3晶体的制备方法，其特征在于，所述步骤二中的表面活性剂为PEG、PVA或CTAB。

3.根据权利要求1所述的一种球聚体微纳米分级结构(K，Na)NbO3晶体的制备方法，其特征在于，所述步骤三具体为溶解后的混合液放在磁力搅拌器上搅拌25-35min，倒入水热釜中，在180-200℃下水热10-12h后，8000r/min离心3min，再用蒸馏水及无水乙醇各洗涤两次，在60℃的烘箱中烘干得到球聚体微纳米分级结构(K，Na)NbO3晶体粉末。

4.如权利要求1-3任一制备的一种球聚体微纳米分级结构(K，Na)NbO3晶体，其特征在于，所述球聚体微纳米分级结构(K，Na)NbO3晶体是由直径为50-100nm，厚度为10-50nm的片状聚集而成，晶型为钙钛矿型。

说明书

技术领域

本发明涉及化学材料制备技术领域，尤其是一种球聚体微纳米分级结构 (K，Na)NbO3晶体及其制备方法。

背景技术

像(Zr，Ti)O3(PZT)、Pb(Mg，Nb)O3-PbTiO3(PMN-PT)等这类铅基钙钛矿材料长期以来在传感器、执行器、换能器等电子器件中广泛应用，这些材料含有超过60％wt的有毒铅，在制备过程中，过高的温度会引发PbO挥发，造成健康和环境问题。因此，当前的研究方向是开发无铅压电材料，其中铌酸盐中的 (K，Na)NbO3无铅压电陶瓷以其优异的压电性能被公认为是PZT的主要替代者之一。

传统的固相法是合成KNN陶瓷粉体的最主要的方法，但其存在合成的粉体粒径较大、易被污染、纯度较低、粒径分布较宽等缺点。针对这些不足，科学家们尝试着通过其它途径来获得更加理想的粉体，其中水热法以其工艺简单、粉体不需高温处理、得到的粉体具有结晶好、团聚少、粒度分布窄、烧结活性高等独特的优点，得到了越来越广泛的重视。通过水热法制备合成KNN时，在低温时形成具有不同结构和组成的中间化合物，在高温时这些中间化合物经过溶解-沉淀转变为期望的钙钛矿结构，造成反应时间长且很难控制最后KNN的纯度及颗粒大小，除此之外，单纯的水热法合成这些化合物时还需要很高的碱性溶液(10mol/L)作矿化剂，因此传统的水热法还需进一步改良。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种球聚体微纳米分级结构 (K，Na)NbO3晶体及其制备方法。

本发明的技术方案是：一种球聚体微纳米分级结构(K，Na)NbO3晶体及其制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将一定量蒸馏水和异丙醇混合配制成溶剂；

步骤二：在上述溶剂中依次加入一定量的KOH、NaOH、Nb2O5以及表面活性剂，用玻璃棒缓慢搅拌至溶质全部溶解；

步骤三：溶解后的混合液放在磁力搅拌器上搅拌一定时间，倒入水热釜中，在一定温度下水热一段时间后，离心、洗涤、烘干得到球聚体微纳米分级结构 (K，Na)NbO3晶体粉末。

进一步的，所述步骤一具体为将42-46mL的蒸馏水和28-32mL的异丙醇配制成溶剂。

进一步的，所述步骤二具体为在上述溶剂中依次加入15-15.5g KOH、4-4.5gNaOH、2.8-3.2g Nb2O5以及0.48-0.5wt％的表面活性剂，用玻璃棒缓慢搅拌至溶质全部溶解。

进一步的，所述步骤二中的表面活性剂为PEG、PVA或CTAB。

进一步的，所述步骤三具体为溶解后的混合液放在磁力搅拌器上搅拌 25-35min，倒入水热釜中，在180-200℃下水热10-12h后，8000r/min离心3min，再用蒸馏水及无水乙醇各洗涤两次，在60℃的烘箱中烘干得到球聚体微纳米分级结构(K，Na)NbO3晶体粉末。

进一步的，所述球聚体微纳米分级结构(K，Na)NbO3晶体是由直径为 50-100nm，厚度为10-50nm的片状聚集而成，晶型为钙钛矿型。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明基于工艺简单化的原则，利用添加溶剂异丙醇来降低所需矿化剂浓度，同时又添加了表面活性剂来增加颗粒表面电势，提高体系的稳定性，在低温下合成纯相的(K，Na)NbO3球聚体，期望能得到更广泛的应用。

(2)本发明通过添加异丙醇和表面活性剂来降低所需的矿化剂浓度和提高体系的稳定性，在低温的条件下制得纯相的(K，Na)NbO3晶体，且该晶体为球聚体微纳米分级结构，是由直径为50-100nm，厚度为10nm-50nm的片状聚集成粒径为10μm的球聚体，属于微米级。

附图说明

图1是实施例1中球聚体(K，Na)NbO3(所添加的表面活性剂为PEG)的扫描电子显微镜图。

图2是实施例1中球聚体(K，Na)NbO3(所添加的表面活性剂为PEG)的XRD 图。

图3是实施例1中球聚体(K，Na)NbO3(所添加的表面活性剂为PEG)的EDS 图。

图4是实施例2中球聚体(K，Na)NbO3(所添加的表面活性剂为PVA)的扫描电子显微镜图。

图5是实施例3中球聚体(K，Na)NbO3(所添加的表面活性剂为CTAB)的扫描电子显微镜图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1：

将45ml的蒸馏水和30ml的异丙醇配制成混合溶液，再依次加入15.12g KOH、4.2gNaOH、3g Nb2O5和0.5wt％的表面活性剂PEG，用玻璃棒缓慢搅拌至溶质全部溶解，再将其放在磁力搅拌器上搅拌30min，之后倒入水热釜中，在 200℃的条件下水热12h，8000r/min离心3min，再用蒸馏水及无水乙醇各洗涤两次，在60℃的烘箱中烘干得到球聚体微纳米分级结构(K，Na)NbO3晶体粉末。

由图1可以看出(K，Na)NbO3是由50nm-200nm，厚度为10-100nm的片状、块状或不规则的圆滑颗粒聚集成的粒径为8-10μm的球聚体。

由图2可以看出球聚体微纳米分级结构(K，Na)NbO3晶体为钙钛矿型，没有杂相，峰窄、峰形尖锐且强度高，表明晶体结构完整。

由图3可以很明显的看出所得球聚体为钾钠固溶体。

实施例2：

将45ml的蒸馏水和30ml的异丙醇配制成混合溶液，再依次加入15.12g KOH、4.2gNaOH、3g Nb2O5和0.5wt％的表面活性剂PVA，用玻璃棒缓慢搅拌至溶质全部溶解，再将其放在磁力搅拌器上搅拌30min，之后倒入水热釜中，在 200℃的条件下水热12h，8000r/min离心3min，再用蒸馏水及无水乙醇各洗涤两次，在60℃的烘箱中烘干得到球聚体微纳米分级结构(K，Na)NbO3晶体粉末。

由图4可以看出(K,Na)NbO3是由直径为50nm，厚度为10nm的片状聚集而 成的粒径为8-10μm的球聚体，与实施例1相比，在该条件下所得到的球聚体 更加规则，且组成聚球体的层层片状有相融的趋势。

实施例3：

将45ml的蒸馏水和30ml的异丙醇配制成混合溶液，再依次加入15.12g KOH、4.2gNaOH、3g Nb2O5和0.5wt％的表面活性剂CTAB，用玻璃棒缓慢搅拌至溶质全部溶解，再将其放在磁力搅拌器上搅拌30min，之后倒入水热釜中，在200℃的条件下水热12h，8000r/min离心3min，再用蒸馏水及无水乙醇各洗涤两次，在60℃的烘箱中烘干得到球聚体微纳米分级结构(K，Na)NbO3晶体粉末。

由图5可以看出(K，Na)NbO3是由直径为50nm-100nm，厚度为10nm-50nm 的片状聚集成的粒径约为10μm的球聚体。

实施例4：

将42ml的蒸馏水和32ml的异丙醇配制成混合溶液，再依次加入15g KOH、 4.5gNaOH、2.8g Nb2O5和0.48wt％的表面活性剂CTAB，用玻璃棒缓慢搅拌至溶质全部溶解，再将其放在磁力搅拌器上搅拌30min，之后倒入水热釜中，在 200℃的条件下水热12h，8000r/min离心3min，再用蒸馏水及无水乙醇各洗涤两次，在60℃的烘箱中烘干得到球聚体微纳米分级结构(K，Na)NbO3晶体粉末。

实施例5：

将46ml的蒸馏水和28ml的异丙醇配制成混合溶液，再依次加入15.5g KOH、 4gNaOH、3.2g Nb2O5和0.5wt％的表面活性剂PVA，用玻璃棒缓慢搅拌至溶质全部溶解，再将其放在磁力搅拌器上搅拌30min，之后倒入水热釜中，在200℃的条件下水热12h，8000r/min离心3min，再用蒸馏水及无水乙醇各洗涤两次，在60℃的烘箱中烘干得到球聚体微纳米分级结构(K，Na)NbO3晶体粉末。

实施例1、实施例2和实施例3之间的对比：

这三个实例中采用了不同的表面活性剂，其产物都是球聚体微纳米分级结构，并且根据XRD该产物为纯相的KNN，但不同的表面活性剂对产物的形貌有一定的影响，在表面活性剂为PVA时，其产物更加规则，组成球聚体的片状直径与厚度也更小；当表面活性剂为CTAB时，其产物形貌也较为规则，但组成球聚体的片状直径与表面活性剂为PVA的相比偏大一些。通过添加表面活性剂能够得到稳定的球聚体的原因是表面活性剂可降低体系界面能，在颗粒上的吸附可增加颗粒表面电势，提高颗粒间的静电排斥作用，有利于体系的稳定。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

一种球聚体微纳米分级结构(K,Na)NbO晶体及其制备方法专利购买费用说明

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2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

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