專利名稱：檸檬酸凝膠方法制備鈮酸鉀鋰納米粉體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無機(jī)材料的制備方法，具體涉及一種鈮酸鉀鋰納米粉體的制備方法。
背景技術(shù)：
鈮酸鉀鋰具有優(yōu)良的電光性能和非線性光學(xué)性能，室溫下可以在較寬的波段范圍內(nèi)(790～920nm)實(shí)現(xiàn)非臨界匹配，將其轉(zhuǎn)變成藍(lán)光。因此KLN是優(yōu)良的藍(lán)光倍頻材料。同時(shí)，KLN也是一種光折變材料。目前，鈮酸鉀鋰(K3Li2-xNb5+xO15+2x，0≤x＜0.5，KLN)粉體多采用溶膠-凝膠(sol-gel)方法和固相反應(yīng)法制備。上述方法均有各自的局限性，如sol-gel方法存在如下缺點(diǎn)(1)所用原料通常為金屬醇鹽，如乙醇鈮、丁醇鈮、丁醇鉀、丁醇鋰等，這些原料沒有國產(chǎn)商品，進(jìn)口試劑價(jià)格昂貴，如英國著名的生產(chǎn)金屬醇鹽的Inorgtech公司生產(chǎn)的五乙醇鈮的價(jià)格為1300英鎊/L；(2)原料金屬醇鹽在空氣中極易水解，因此在制備過程中要求的條件極為苛刻，除了要求在非水體系中制備粉體外，還需要嚴(yán)格的惰性氣體，如氮?dú)獾缺Ｗo(hù)；(3)由于使用大量有機(jī)溶劑，易造成環(huán)境污染。而固相反應(yīng)法反應(yīng)物混合不均勻；所得產(chǎn)物化學(xué)計(jì)量比不準(zhǔn)確；煅燒溫度較高(＞1100℃)，粉體燒結(jié)活性低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明采用檸檬酸凝膠方法制備鈮酸鉀鋰納米粉體，解決sol-gel工藝中金屬醇鹽不易獲得、價(jià)格昂貴和極易水解的問題，以及克服固相反應(yīng)法煅燒溫度高、粉體燒結(jié)活性差的問題。本發(fā)明按照下述步驟進(jìn)行a、將Nb2O5在70～90℃下溶解于HF中，然后向其中加入過量的草酸銨溶液，充分混合后，向溶液中滴加氨水形成白色的Nb(OH)5沉淀物，該沉淀物在70～90℃下陳化10～14小時(shí)，經(jīng)過濾、洗滌后，溶解于檸檬酸水溶液中，形成淡黃色的Nb-檸檬酸溶液；b、按照摩爾比為Nb5+∶Li+∶K+＝(5+x)∶(2-x)∶3的比例將碳酸鋰、Nb-檸檬酸溶液和碳酸鉀混合，充分?jǐn)嚢韬?，加入過量檸檬酸，使金屬離子與檸檬酸的摩爾比為1∶3，以氨水將溶液的pH值調(diào)至6～7；c、向混合液中加入乙二醇，攪拌均勻形成鈮酸鉀鋰前驅(qū)體溶液；d、將該溶液在60～100℃下加熱20～30h，得到粘稠的凝膠狀固體；e、最后將該凝膠在900℃下煅燒2h，得到納米K3Li2-xNb5+xO15+2x粉體，其中0≤x＜0.5。本發(fā)明以Nb2O5為初始原料，合成一種新的鈮源，可以在水溶液中制備KLN粉體。這對(duì)于簡(jiǎn)化制備工藝、降低成本、減小環(huán)境污染具有重要意義。本發(fā)明首次采用檸檬酸凝膠工藝制備KLN粉體，該方法是以檸檬酸為螯合劑，與金屬離子配位形成水溶性金屬羧酸鹽配合物，通過乙二醇聚合，得到前驅(qū)體凝膠，凝膠經(jīng)高溫下煅燒即可得到陶瓷粉體。該方法具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)采用易獲得的Nb2O5為初始原料，制備出鈮的檸檬酸配合物，并以此作為新的鈮源替代sol-gel工藝中的鈮醇鹽，合成KLN粉體；(2)可從水溶液中制備KLN粉體，解決sol-gel方法的金屬醇鹽易水解的問題，環(huán)境污染?。?3)可以達(dá)到分子水平的均勻混合，并準(zhǔn)確控制化學(xué)計(jì)量比；(4)低的合成溫度、粉體燒結(jié)活性好，所得粉體粒度為納米級(jí)；(5)工藝簡(jiǎn)單，無需復(fù)雜的設(shè)備。


圖1為在900℃下煅燒2h后所得的K3Li2Nb5O15粉體的TEM圖，圖2為900℃下煅燒2h后所得K3Li2Nb5O15粉體的XRD圖譜。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式按照下述步驟進(jìn)行a、將Nb2O5在70～90℃下溶解于HF中，然后向其中加入過量的草酸銨溶液，充分混合后，向溶液中滴加氨水形成白色的Nb(OH)5沉淀物，該沉淀物在70～90℃下陳化10～14小時(shí)，經(jīng)過濾、洗滌后，溶解于檸檬酸水溶液中，形成淡黃色的Nb-檸檬酸溶液；b、按照摩爾比為Nb5+∶Li+∶K+＝(5+x)∶(2-x)∶3的比例將碳酸鋰、Nb-檸檬酸溶液和碳酸鉀混合，充分?jǐn)嚢韬?，加入過量檸檬酸，使金屬離子(Nb5+、Li+、K+)與檸檬酸的摩爾比為1∶3，以氨水將溶液的pH值調(diào)至6～7；c、向混合液中加入乙二醇，攪拌均勻形成鈮酸鉀鋰前驅(qū)體溶液；d、將該溶液在60～100℃下加熱20～30h，得到粘稠的凝膠狀固體；e、最后將該凝膠在900℃下煅燒2h，得到納米K3Li2-xNb5+xO15+2x粉體，其中0≤x＜0.5。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式按照下述步驟進(jìn)行a、將Nb2O5在80℃下溶解于HF中，然后向其中加入過量的草酸銨溶液，充分混合后，向溶液中滴加氨水形成白色的Nb(OH)5沉淀物，該沉淀物在80℃下陳化12小時(shí)，經(jīng)過濾、洗滌后，溶解于檸檬酸水溶液中，形成淡黃色的Nb-檸檬酸溶液，采用電感耦合等離子發(fā)射光譜(ICP)法測(cè)定溶液中金屬Nb的濃度；b、取Nb-檸檬酸溶液(含Nb5+0.5mol)，將0.1mol的碳酸鋰加入Nb-檸檬酸溶液中，攪拌使其充分溶解，而后將0.15mol的碳酸鉀加入其中，充分?jǐn)嚢韬螅尤脒^量檸檬酸，使金屬離子(Nb5+、Li+、K+)與檸檬酸的摩爾比為1∶3，以氨水將溶液的pH值調(diào)至6～7；c、將1.5mol的乙二醇加入溶液中，攪拌均勻形成鈮酸鉀鋰前驅(qū)體溶液；d、將該溶液在80℃下加熱24h，得到粘稠的凝膠狀固體；e、最后將該凝膠在900℃下煅燒2h，得到納米K3Li2Nb5O15粉體。所獲得的粉體為單一鎢青銅相納米K3Li2Nb5O15粉體，從圖1可見，所得粉體的平均粒徑為30～50nm，形狀為球形。從圖2可見，衍射峰為單一鎢青銅相。
權(quán)利要求
1.檸檬酸凝膠方法制備鈮酸鉀鋰納米粉體，其特征在于它按照下述步驟進(jìn)行a、將Nb2O5在70～90℃下溶解于HF中，然后向其中加入過量的草酸銨溶液，充分混合后，向溶液中滴加氨水形成白色的Nb(OH)5沉淀物，該沉淀物在70～90℃下陳化10～14小時(shí)，經(jīng)過濾、洗滌后，溶解于檸檬酸水溶液中，形成淡黃色的Nb-檸檬酸溶液；b、按照摩爾比為Nb5+∶Li+∶K+＝(5+x)∶(2-x)∶3的比例將碳酸鋰、Nb-檸檬酸溶液和碳酸鉀混合，充分?jǐn)嚢韬?，加入過量檸檬酸，使金屬離子與檸檬酸的摩爾比為1∶3，以氨水將溶液的pH值調(diào)至6～7；c、向混合液中加入乙二醇，攪拌均勻形成鈮酸鉀鋰前驅(qū)體溶液；d、將該溶液在60～100℃下加熱20～30h，得到粘稠的凝膠狀固體；e、最后將該凝膠在900℃下煅燒2h，得到納米K3Li2-xNb5+xO15+2x粉體，其中0≤x＜0.5。
全文摘要
檸檬酸凝膠方法制備鈮酸鉀鋰納米粉體，它涉及一種無機(jī)材料的制備方法，具體涉及一種鈮酸鉀鋰納米粉體的制備方法。本發(fā)明按照下述步驟進(jìn)行a、將Nb
文檔編號(hào)C04B35/622GK1597535SQ20041004377
公開日2005年3月23日 申請(qǐng)日期2004年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月6日
發(fā)明者李垚 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)