水热合成法和镁锆钛陶瓷的介电性能
摘要：Lanthanum titanate(La2／3 TiO3)在与TiO2，La(NO3)3和K0H反应的基础上通过水热合成的方法在160℃下24小时，紧接着进行酸化处理。它的显微结构和形态、介电性能利用x射线衍射、扫描电子显微镜、透射电镜、阻抗的方法研究,结果表明La2／3 TiO3的颗粒组成几乎均匀呈层状。颗粒可以在1150℃以上烧结成多孔陶瓷。La2/3 TiO3的介电性能表明介电常数和介电损耗随着频率的增加而减小。
关键词：钛酸钙镁、介电性能、水热合成法
文献代码：A
1介绍
Lanthanum titanate (La2／3 TiO3)由于其在高温下的热稳定性和在微波频率下的第介电损耗已经成为一个潜在的应用于高频的介电材料。因为它的特性这个钛也被用作高温压电换能器。纯、颗粒均匀、同质性确定了它的电气性能,如介电损耗、介电常数、陶瓷的烧结温度，是最重要的电陶瓷粉末的特征。钛酸钙镁的合成已报告采用固态反应、降水、液体混合技术,熔岩盐合成法、溶胶-凝胶法、高分子复合生成方法。然而,这些工艺要求很高温度超过500℃。因为这种有经济效益的粉末有好的烧结性能和细粒度是可取的高品质的设备，因此降低反应温度已成为研究的主要目标。水是在相对较低的温度下获取各种纳米晶材料的很有价值的途径。在这篇文章中,准备把有微观结构和介电性能的陶瓷通过水热合成的过程进行了研究。
2实验
3结果与讨论
（1）合成La2/3TiO3粉末
摩尔比值的影响及La和Ti的起始原料和碱在矿素中的浓度和La2/3 TiO3的结构是在水热条件中的研究内容。这种陶瓷粉末是由水热合成的无任何多余的La（n(La)/n(Ti)=1）。如果n（La）/n(Ti)﹥1形成La2/3 TiO3的反应在高度碱性介质中进行的快。然而，在产物中就会有更多的La（OH）3生成。高浓度的碱性介质可以将二氧化钛溶解在液体中。在这种条件下这个过程中，碱性介质是必要的。在这个条件下，KOH的浓度高于2.5摩尔每升会促进二氧化钛的溶解。
La2/3TiO3在水热合成过程中也受到反应温度和时间的影响。在不同的反应时间，合成La2/3TiO3的系统温度在120℃-180℃范围内变化。结果表明,粒子的大小与合成的温度和时间的增加有关，温度较低(低于150℃)或短时间会导致残缺的反应。在目前的情况下，维护系统为160℃24小时是最适当的条件。
（2）La2/3TiO3粉体的微观结构
图1(一)显示了在160℃下24小时内水热合成法合成粉末的X射线衍射图。它是La2/3TiO3•H2O和La(OH)3的混合物。在这样的反应条件下La(OH)3是不可避免的会形成，但是可以酸化原产品移除。图1(b)显示一个纯粹的La2/3TiO3•H2O得到了酸化。钛酸镁与加的锂和镁的化学成分稍有不同（n(La)/n(Ti)=1）。图2(a)表明,在160℃下24小时内形成了几乎均匀的La2/3TiO3•H2O粉而且平均1微秒形成一层。La2/3TiO3•H2O的典型的瞬变电磁法(TEM)图像显示在图2(b)中。在指定的区域电子衍射(保存)模式(插图显示在图2(b)表明,这些分层颗粒是单晶体，反射点索引到(101),(110)和(200)的La2/3TiO3•H2O晶体面。产品的化学成分进行了x射线光谱能量色散(EDX)分析。在EDX模式中有两种类型的峰,分别相当于La和钛。碟状样品可以在1100℃烧结成陶瓷,远低于这个报道的价值。烧结的样本分开的表面的微细构造(图3)表明它是片状颗粒而且他们没有明显的对齐的基础层面。在1150℃和1300℃下烧结后依然可以观察到许多小孔。在目前的烧结条件下，陶瓷是低密度的。随着烧结温度的升高样本的粒度逐步增加。
（3）. La2/3TiO3粉末的介电性能
图4显示的在115O℃和l300℃下烧结的样品的介电常数和介电损耗与室温（25℃）下有不同的频率。从图4可以看出,在恒定频率下不同样品的介电常数随烧结温度的增大而增加。还可以看出介电常数和介电损耗的增加在100赫兹到1兆赫兹之间。介电常数下降速率在低频下要比在高频下大。然而介电损耗的下降速率在高频下要比低频时大。增大频率使介电损耗下降是由于传导损失，也表明了传导损失的特征。
图5给出了La2/3TiO3（在1300℃下烧结）的介电常数和介电损耗在不同温度相同频率下的相应的变化，由此发现随着温度的增加,两者的介电常数和介电损耗明显增大。
4.结论
（1）均匀薄片状的La2/3TiO3粉末以La2/3TiO3•H2O的形式先通过一个简单的水处理工艺,紧接着酸化处理。
（2）粒子可以烧结到1150℃以上远远低于报道的温度。而且样本显示在更高的烧结温度时，有更高的介电常数。
（3）介电常数和介电损耗随增加的频率而降低。
译后感
水热合成化学作为无机化学和固相化学的一个分支，到目前为止，其研究工作已经取得了很大的发展，并在纳米材料制备中具有越来越重要的作用。用这个方法可以开发出更多更好的无机功能材料和各种新型无机化合物。除了以水为溶剂外，介质溶剂现已大大的扩展了，众多的非水溶剂已在水热合成中使用。
水热合成法有诸多优点，比如它使反应物的溶解，分散过程及化学反应活性大大增强，使得反应能够在较低的温度下发生，而且由于体系化学环境的特殊性，可能形成以前在常规条件下无法得到的亚稳相。而且这个过程相对简单、容易控制，并且在密闭体系中可以有效地防止有毒物质的挥发和制备对空气敏感的前驱体和目标产物。另外，物相的形成，粒径的大小、形态也能够有效控制，粒度均匀，而且产物的分散性好，更重要的是此法合成出的产物纯度高。水热合成法可以制得许多有其他方法不能或难以得到的化合物。
用非水溶剂代替水的合成方法叫做溶剂热法，由此看来，该法潜力极大，前景广阔。
