技术领域
[0001] 本
发明属于湿化学法制备
纳米粉体领域，具体涉及一种微波水热法制备掺杂纳米二氧化钛粉体的方法。
背景技术
[0002] 近年来，现代通信技术、互联网、局域网及微
电子技术不断发展，电子技术已经广泛用于国防、科学、工业、医学、通讯(信息处理、传输和交流)、广播、电视、航空、导航、无线电
定位、自动控制、遥控遥测、计算机及文化生活等各个领域，对推动国民经济的发展起着重要的作用。并且随着电子技术和产业的发展，微电子器件的发展要求体积更小、速度更快、
频率更高、功耗更低，以实现小型化、微型化和集成化。这种飞速的发展对电容器、
存储器等电容性器件的尺寸和性能提出了更高的要求，其介质材料正成为现代通信技术中的关键
基础材料，因此提高它的性能具有巨大的应用前景。
[0003] 继掺杂的BaTiO3、Ba(Fe0.5Nb0.5)O3和CCTO之后，人们发现了(In0.05Nb0.05)Ti0.9O2作为新材料具有极低的介电损耗、极高的
介电常数和良好的频率和
温度稳定性等优点，成为近几年学术界关注的焦点之一。目前制备(In0.05Nb0.05)Ti0.9O2粉体的方法有很多种，大多数都是采用了传统的固相法进行制备。传统的固相法是指把
固溶体或固体混合物中可溶性成分用溶液
浸出后，残留的不溶性成分会成为疏松的骨架状或松散的粉末，稍加
研磨即可成为超细粉体的过程。传统固相法虽然制备的粉体颗粒无团聚、填充性好、成本低、产量大、制备工艺简单等优点，但是，其能耗大、效率低、粉体不够细、易混入杂质和制备的陶瓷晶粒尺寸大等缺点。
[0004] 水热法实现低温高压的反应环境来制备
纳米材料，因有着无法比拟的优越性，而得到了人们的广泛应用。但是传统水热反应制备纳米TiO2粉体的反应时间较长，因此研究新的水热反应方法具有重要的意义。
发明内容
[0005] 为了解决了
现有技术中存在的问题，本发明公开了一种微波水热法制备掺杂纳米二氧化钛粉体的方法，采用微波
辐射与水热法相结合的微波水热法是一种新型的制备方法，利用微波作为加热工具，可实现分子水平上的搅拌，使溶液在较短的时间内被均匀加热而无温度梯度，无滞后效应，从而反应的局部条件得到了改善，缩短了反应时间，制得粉体粒径小而均匀，提高了工作效率，解决了现有技术的问题。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种微波水热法制备掺杂纳米二氧化钛粉体的方法，包括如下步骤，
[0007] 步骤1，按照摩尔比为1:1分别准确称量NbCl5和InCl3·4H2O并分别加入无水
乙醇持续搅拌使其完全溶解，分别得到A溶液和B溶液；
[0008] 步骤2，量取钛酸四正丁酯置于烧杯中，再滴加无水乙醇，持续搅拌得到均匀的C溶液，其中钛酸四正丁酯与步骤1中的NbCl5的摩尔比为18:1；
[0009] 步骤3，将B溶液缓慢滴入A溶液中，持续搅拌达到均匀状态，得到D溶液；
[0010] 步骤4，将步骤3中得到的D溶液缓慢滴入C溶液中，持续搅拌直至得到均匀的混合溶液；
[0011] 步骤5，选用浓
盐酸调节溶液酸
碱度，向步骤4得到的混合溶液中缓慢滴加0.02mol～0.14mol浓盐酸，得到(In0.05Nb0.05)Ti0.9O2前驱体溶液；
[0012] 步骤6，使用微波加热的方式对步骤5获得的(In0.05Nb0.05)Ti0.9O2前驱体溶液进行加热，在160℃～200℃下反应20min～40min得到的粉体，再将粉体用无水乙醇洗涤，除去-Cl后进行烘干，得到
纳米级(In0.05Nb0.05)Ti0.9O2粉体。
[0013] 步骤(1)中，制备A溶液和B溶液过程中搅拌时间为5h～8h，
搅拌机转速300r/min～500r/min。
[0014] 步骤(2)中，无水乙醇的滴
加速度为1mL/min～3mL/min，搅拌时间为20min～40min，搅拌机转速300r/min～500r/min。
[0015] 步骤(3)中，溶液B的滴加速度为每0.5mL/min～0.8mL/min，搅拌时间为20min～40min，搅拌机转速200r/min～400r/min。
[0016] 步骤(4)中，D溶液的滴加速度为每0.5mL/min～0.8mL/min，搅拌时间为50min～80min，搅拌机转速400r/min～600r/min。
[0017] 步骤(5)中，浓盐酸的
质量分数为36％～38％，滴加速度为0.4mL/min～0.6mL/min，搅拌时间为50～80min。
[0018] 步骤(6)中，使用无水乙醇洗涤次数为4～9次。
[0019] 步骤(6)中，采用离心法去除Cl-，其中离心速率为3000r/min～5000r/min，单次离心时间为2min～5min；烘干温度为70℃～90℃。
[0020] 与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
[0021] 本发明采用微波水热法制备纳米(In0.05Nb0.05)Ti0.9O2粉体，相比于传统固相法，水热法具有制备简单、制备的粉体晶型好等优点，而微波水热法相比于一般水热法具有制备周期短，相对安全，产物纯度高等优点，并且，晶粒粒径可达到纳米级别，使溶液在较短的时间内被均匀加热而无温度梯度，无滞后效应，从分子级别上提供化学计量比和结构均一的材料；该方法制备的纳米(In0.05Nb0.05)Ti0.9O2粉体纯度高，分散性好，颗粒均匀分布，粒径分布在700～800nm，本发明反应温度低，无需
煅烧，节约
能源，制得的粉体颗粒均匀且尺寸较小。
[0022] 进一步，设定NbCl5、InCl3·4H2O在无水乙醇溶液中的搅拌时间为5h～8h，使得NbCl5、InCl3·4H2O能够完全溶解，同时提高化学计量比的精确度。
[0023] 进一步，通过设定无水乙醇、B溶液和D溶液的滴定速度，保证溶液混合均匀。
[0024] 进一步，通过滴加盐酸控制溶液酸碱度，有效防止反应物的
水解，保证了产物的纯度；通过缓慢的滴加速度可以避免溶液局部
酸溶液浓度过大而导致溶液物化性质的改变。
附图说明
[0025] 图1为本发明制备的纳米(In0.05Nb0.05)Ti0.9O2粉体
X射线衍射图谱。
[0026] 图2为本发明制备的纳米(In0.05Nb0.05)Ti0.9O2体的扫描电子
显微镜图像。
具体实施方式
[0027] 下面结合具体的
实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
[0028] 采用微波辐射与水热法相结合的微波水热法是一种新型的制备方法，利用微波作为加热工具，可实现分子水平上的搅拌，使溶液在较短的时间内被均匀加热而无温度梯度，无滞后效应，从而反应的局部条件得到了改善，缩短了反应时间，提高了工作效率，是一种具有广阔发展前景的制备方法；并且，晶粒粒径可达到纳米级别，从分子级别上提供化学计量比和结构均一的材料等特点。
[0029] 下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
[0030] 实施例1
[0031] 一种微波水热法制备掺杂纳米二氧化钛粉体的方法，包括如下步骤：
[0032] 按照摩尔比为1:1分别精确称量NbCl5、InCl3·4H2O并分别加入适量无水乙醇持续搅拌使其完全溶解，分别得到均匀的A溶液和B溶液。
[0033] (1)按照摩尔比为1:1分别精确称量NbCl5、InCl3·4H2O并分别加入适量无水乙醇持续搅拌使其完全溶解，分别得到均匀的A溶液、B溶液。
[0034] (2)量取钛酸四正丁酯置于烧杯中，滴加适量的无水乙醇，持续搅拌得到均匀的C溶液，其中钛酸四正丁酯与步骤(1)的NbCl5的摩尔比为18:1；
[0035] (3)将B溶液缓慢滴入A溶液中，持续搅拌均匀，得到D溶液；
[0036] (4)将步骤(3)中得到的D溶液缓慢滴入C溶液中，持续搅拌直至得到均匀的混合溶液；
[0037] (5)选用浓盐酸调节溶液酸碱度，缓慢滴加0.02mol浓盐酸于步骤(4)得到的混合溶液中，得到了(In0.05Nb0.05)Ti0.9O2前驱体溶液；
[0038] (6)利用微波
水热系统,使用微波加热的方式对步骤(5)获得的(In0.05Nb0.05)Ti0.9O2前驱体溶液进行加热，在160℃～200℃下反应20min～40min得到的粉体，将粉体用无水乙醇洗涤4～9次，离心除去Cl-后于干燥箱中80℃烘干，获得纳米级(In0.05Nb0.05)Ti0.9O2粉体。
[0039] 实施例2
[0040] 一种微波水热法制备掺杂纳米二氧化钛粉体的方法，包括如下步骤：
[0041] (1)按照摩尔比为1:1分别精确称量NbCl5和InCl3·4H2O并分别加入适量无水乙醇持续搅拌使其完全溶解，分别得到均匀的A溶液和B溶液。
[0042] (2)量取钛酸四正丁酯置于烧杯中，滴加适量的无水乙醇，持续搅拌得到均匀的C溶液，其中钛酸四正丁酯与步骤(1)的NbCl5的摩尔比为18:1；
[0043] (3)将B溶液缓慢滴入A溶液中，持续搅拌均匀，得到D溶液；
[0044] (4)将步骤(3)中得到的D溶液缓慢滴入C溶液中，持续搅拌直至得到均匀的混合溶液；
[0045] (5)选用浓盐酸调节溶液酸碱度，缓慢滴加0.05mol浓盐酸于步骤(4)得到的混合溶液中，得到了(In0.05Nb0.05)Ti0.9O2前驱体溶液。
[0046] (6)利用微波水热系统,使用微波加热的方式对步骤(5)获得的(In0.05Nb0.05)Ti0.9O2前驱体溶液进行加热，在160℃～200℃下反应20min～40min得到的粉体，将粉体用无水乙醇洗涤4～9次，离心除去Cl-后于干燥箱中80℃烘干，获得纳米级(In0.05Nb0.05)Ti0.9O2粉体。
[0047] 实施例3
[0048] 一种微波水热法制备掺杂纳米二氧化钛粉体的方法，包括如下步骤：
[0049] (1)按照摩尔比为1:1分别精确称量NbCl5、InCl3·4H2O并分别加入适量无水乙醇持续搅拌使其完全溶解，分别得到均匀的A溶液和B溶液。
[0050] (2)量取钛酸四正丁酯置于烧杯中，滴加适量的无水乙醇，持续搅拌得到均匀的C溶液，其中钛酸四正丁酯与步骤(1)的NbCl5的摩尔比为18:1；
[0051] (3)将B溶液缓慢滴入A溶液中，持续搅拌均匀，得到D溶液；
[0052] (4)将步骤(3)中得到的D溶液缓慢滴入溶液C中，持续搅拌直至得到均匀的混合溶液；
[0053] (5)选用浓盐酸调节溶液酸碱度，缓慢滴加0.08mol浓盐酸于步骤(4)得到的混合溶液中，得到了(In0.05Nb0.05)Ti0.9O2前驱体溶液。
[0054] (6)利用微波水热系统,使用微波加热的方式对步骤(5)获得的(In0.05Nb0.05)Ti0.9O2前驱体溶液进行加热，在160℃～200℃下反应20min～40min得到的粉体，将粉体用无水乙醇洗涤4～9次，离心除去Cl-后于干燥箱中80℃烘干，获得纳米级(In0.05Nb0.05)Ti0.9O2粉体。
[0055] 实施例4
[0056] 一种微波水热法制备掺杂纳米二氧化钛粉体的方法，包括如下步骤：
[0057] (1)按照摩尔比为1:1分别精确称量NbCl5、InCl3·4H2O并分别加入适量无水乙醇持续搅拌使其完全溶解，分别得到均匀的A溶液和B溶液。
[0058] (2)量取钛酸四正丁酯置于烧杯中，滴加适量的无水乙醇，持续搅拌得到均匀的C溶液；其中钛酸四正丁酯与步骤(1)的NbCl5的摩尔比为18:1；
[0059] (3)将B溶液缓慢滴入A溶液中，持续搅拌均匀，得到D溶液；
[0060] (4)将步骤(3)中得到的混合溶液缓慢滴入C溶液中，持续搅拌直至得到均匀的混合溶液；
[0061] (5)选用浓盐酸调节溶液酸碱度，缓慢滴加0.11mol浓盐酸于步骤(4)得到的混合溶液中，得到了(In0.05Nb0.05)Ti0.9O2前驱体溶液；
[0062] (6)利用微波水热系统,使用微波加热的方式对步骤(5)获得的(In0.05Nb0.05)Ti0.9O2前驱体溶液进行加热，在160℃～200℃下反应20min～40min得到的粉体，将粉体用-无水乙醇洗涤4～9次，离心除去Cl 后于干燥箱中80℃烘干，获得纳米级(In0.05Nb0.05)Ti0.9O2粉体。
[0063] 实施例5
[0064] 一种微波水热法制备掺杂纳米二氧化钛粉体的方法，包括如下步骤：
[0065] (1)按照摩尔比为1:1分别精确称量NbCl5、InCl3·4H2O并分别加入适量无水乙醇持续搅拌使其完全溶解，分别得到均匀的A溶液和B溶液。
[0066] (2)量取钛酸四正丁酯置于烧杯中，滴加适量的无水乙醇，持续搅拌得到均匀的C溶液。其中钛酸四正丁酯与步骤(1)的NbCl5的摩尔比为18:1；
[0067] (3)将B溶液缓慢滴入A溶液中，持续搅拌均匀，得到D溶液；
[0068] (4)将步骤(3)中得到的D溶液缓慢滴入C溶液中，持续搅拌直至得到均匀的混合溶液；
[0069] (5)选用浓盐酸调节溶液酸碱度，缓慢滴加0.14mol浓盐酸于步骤(4)得到的混合溶液中，得到了(In0.05Nb0.05)Ti0.9O2前驱体溶液。
[0070] (6)利用微波水热系统,使用微波加热的方式对步骤(5)获得的(In0.05Nb0.05)Ti0.9O2前驱体溶液进行加热，在160℃～200℃下反应20min～40min得到的粉体，将粉体用无水乙醇洗涤4～9次，离心除去Cl-后于干燥箱中80℃烘干，获得纳米级(In0.05Nb0.05)Ti0.9O2粉体。
[0071] 实施例6
[0072] 一种微波水热法制备掺杂纳米二氧化钛粉体的方法，包括如下步骤：
[0073] (1)按照摩尔比为1:1分别精确称量NbCl5、InCl3·4H2O并分别加入适量无水乙醇持续搅拌使其完全溶解，分别得到均匀的A溶液、B溶液。
[0074] (2)量取钛酸四正丁酯置于烧杯中，滴加适量的无水乙醇，持续搅拌得到均匀溶液C。其中钛酸四正丁酯与步骤(1)的NbCl5的摩尔比为18:1；
[0075] (3)将溶液B缓慢滴入溶液A中，持续搅拌均匀，得到D溶液；
[0076] (4)将步骤(3)中得到的D溶液缓慢滴入C溶液中，持续搅拌直至得到均匀的混合溶液；
[0077] (5)选用浓盐酸调节溶液酸碱度，缓慢滴加0.08mol浓盐酸于步骤(4)得到的混合溶液中，得到了(In0.05Nb0.05)Ti0.9O2前驱体溶液。
[0078] (6)利用微波水热系统,使用微波加热的方式对步骤(5)获得的(In0.05Nb0.05)Ti0.9O2前驱体溶液进行加热，在160℃下反应30min得到的粉体，将粉体用无水乙醇洗涤7次，离心除去Cl-后于干燥箱中80℃烘干，获得纳米级(In0.05Nb0.05)Ti0.9O2粉体。
[0079] 实施例7
[0080] 一种微波水热法制备掺杂纳米二氧化钛粉体的方法，包括如下步骤：
[0081] (1)按照摩尔比为1:1分别精确称量NbCl5、InCl3·4H2O并分别加入适量无水乙醇持续搅拌使其完全溶解，分别得到均匀的A溶液、B溶液。
[0082] (2)量取钛酸四正丁酯置于烧杯中，滴加适量的无水乙醇，持续搅拌得到均匀的C溶液。其中钛酸四正丁酯与步骤(1)的NbCl5的摩尔比为18:1；
[0083] (3)将B溶液缓慢滴入A溶液中，持续搅拌均匀；
[0084] (4)将步骤(3)中得到的混合溶液缓慢滴入C溶液中，持续搅拌直至得到均匀的溶液；
[0085] (5)选用浓盐酸调节溶液酸碱度，缓慢滴加0.08mol浓盐酸于步骤(4)得到的混合溶液中，得到了(In0.05Nb0.05)Ti0.9O2前驱体溶液；
[0086] (6)利用微波水热系统,使用微波加热的方式对步骤(5)获得的(In0.05Nb0.05)Ti0.9O2前驱体溶液进行加热，在180℃下反应30min得到的粉体，将粉体用无水乙醇洗涤7次，离心除去Cl-后于干燥箱中80℃烘干，获得纳米级(In0.05Nb0.05)Ti0.9O2粉体。
[0087] 实施例8
[0088] 一种微波水热法制备掺杂纳米二氧化钛粉体的方法，包括如下步骤：
[0089] (1)按照摩尔比为1:1分别精确称量NbCl5、InCl3·4H2O并分别加入适量无水乙醇持续搅拌使其完全溶解，分别得到均匀的A溶液、B溶液。
[0090] (2)量取钛酸四正丁酯置于烧杯中，滴加适量的无水乙醇，持续搅拌得到均匀的C溶液，其中钛酸四正丁酯与步骤(1)的NbCl5的摩尔比为18:1；
[0091] (3)将B溶液缓慢滴入A溶液中，持续搅拌均匀，得到D溶液；
[0092] (4)将步骤(3)中得到的D溶液缓慢滴入溶液C中，持续搅拌直至得到均匀的混合溶液；
[0093] (5)选用浓盐酸调节溶液酸碱度，缓慢滴加0.08mol浓盐酸于步骤(4)得到的混合溶液中，得到了(In0.05Nb0.05)Ti0.9O2前驱体溶液。
[0094] (6)利用微波水热系统,使用微波加热的方式对步骤(5)获得的(In0.05Nb0.05)Ti0.9O2前驱体溶液进行加热，在200℃下反应30min得到的粉体，将粉体用无水乙醇洗涤7次，离心除去Cl-后于干燥箱中80℃烘干，获得纳米级(In0.05Nb0.05)Ti0.9O2粉体。
