合成BATIO._3.和光学性质评价

R.Vijayalakshmi和V.Rajendran

版权广告科技;被许可人Azom.com Pty Ltd.
这是一个AZo开放存取奖励系统(AZo- oars)的文章分发的条款AZo- oars//www.wireless-io.com/oars.asp在原稿被正确引用的情况下，允许不受限制的使用，但仅限于非商业发行和复制。
Azojomo（ISSN 1833-122X）第6卷2010年12月6日

主题涵盖

抽象的
关键词
介绍
实验程序
结果与讨论
结论
承认
参考文献
联系方式

抽象的

单晶钙钛矿钛酸钡纳米棒通过水热法成功地合成。通过使用氯化钡和四氯化钛作为原料和NaOH作为矿化剂来完成合成。欧洲杯足球竞彩X射线衍射（XRD），扫描电子显微镜（SEM），透射电子显微镜（TEM），超紫色（UV）和光致发光（PL）的晶体结构，形态和光学性质的特征在于纳米棒的表征。XRD结果表明，水热合成的BATIO_3.纳米棒是立方相位。孤立的单晶立方钙钛矿Batio_3.利用该方法制备的纳米棒直径为20 ~ 30 nm，长度为> ~ 90 nm。PL光谱显示出较高的紫外发射和极低的可见光发射，表明颗粒具有较小的表面缺陷。欧洲杯猜球平台研究了钛酸钙单晶立方钙钛矿的形成机理_3.讨论了纳米棒。

关键词

钛酸钡，水热法，光学性质，光致发光，纳米棒

介绍

由于其在电气和电欧洲杯足球竞彩子设备中的应用，基于钙钛矿状氧化物的陶瓷材料具有重要利益。钛酸钡的广泛应用（Batio_3.）在陶瓷工业中，基于其多晶型物的性质[1,2]。温度高于约130°C（居里温度），BATIO_3.存在于立方钙钛矿结构中。在这个晶体结构中，Ba⁺²离子占据基本细胞的角落，Ti⁴⁺离子在卷中心和o²- 表面中心的离子。由于立方相的高对称性，钛酸钡表现出琼脂性和各向同性介电。在居里点下方，晶体结构从立方相转换为扭曲的四方结构，其位于子组内的正极和负电荷中心的位移。结果，出现了与原始阶段的一个立方区域平行的偶极矩。在四边形结构中产生的这种产生的自发极化是其铁电和压电行为的起源。进一步降低温度改变了BATIO的结构_3.在约5℃下进入正晶结构，最后在90℃下进入菱形结构。事实上，对BATIO的后两次低温修饰来说已经完成了小型研究_3.没有报告他们的工业应用[3,4]。

立方体BATIO._3.相表现出高介电常数[5]。作为介电材料，BATIO_3.主要用于电容器，如多层陶瓷电容器（MLCCS）[6]和印刷电路板中的一体电容器（PCB）[7]。它可以应用于居里点以下的极化，用于动态随机接入存储器（DRAM）[8]。它的压电电性能使其在换能器和执行器中使用[9]。通过使用不同的方法（如溶胶 - 凝胶加工[10]，沉淀法[11]，软化学过程[12]，溶胶 - 沉淀方法[13]和水热法[14]）合成钛酸钡纳米棒。其中，水热法显示出作为简单的系统，低成本的优点，无需较高的温度煅烧过程，可控的晶粒尺寸和易于制备多组分样品等。在本文中，我们报告了对Batio的纳米棒的结果报告了结果_3.通过轻巧的水热技术。BATIO的晶体结构，形态和光学性质_3.纳米棒通过水热法首次讨论。

实验程序

采用分析级氯化钡、四氯化钛为钡钛的原料，氢氧化钠为矿化剂。用一摩尔化学计量的氯化钡混合得到钡和钛的水溶液₂.2H.₂o 0.6摩尔TiC1_4.在50毫升蒸馏水中。加入1mol浓度的NaOH以中和TiCl生成的HCl_4.水解并保持pH值5.加入NaOH后搅拌溶液30分钟，并产生白色胶体溶胶，使用去离子水将最终体积调节至90mL。此后，将90mL溶胶转移到100ml Teflon衬里的自动覆盖容器中。将密封容器加热至240℃持续20小时。不同摩尔2和3％的NaOH浓度相同的程序，并且还保持pH值7和9.在此之后，将所得沉淀物离心并用水洗涤几次并在80℃下干燥12小时在真空烤箱里。准备好的Batio_3.粉末样品的特征在于D8前进X射线衍射仪上的X射线粉末衍射，Cukα照射在λ= 1.5406。通过使用JEM-2010透射电子显微镜通过扫描电子显微镜日立S-4500和透射电子显微镜（TEM）分析微观结构和晶粒尺寸。在室温下在日立模型F-4500荧光分光光度计上记录光致发光（PL）光谱。通过Cary 5E UV-Vis分光光度计（UV-2550）测量光学吸收光谱。

结果与讨论

图。图1显示了具有不同（1-3％）NaOH的水热和合成钛酸钡纳米棒的XRD图案。结果表明，所有图案都适合标准立方相质量的峰值位置_3.．插图图1示出了仅在45°的2θ左右呈现单个反射。通常，从含有（200）+（020）的两个反射的粉末衍射图案推断出四方形式的钛酸钡的存在，其围绕25°的25°，而在立方体中仅以单一反射（200）是介绍在这个地区。因此，图1中所示的XRD模式确认了BATIO_3.由立方体形式的钛酸钡组成。XRD图案中的峰是强壮的，锐利，其表示粉末的相对高的结晶度。氯离子的存在是高结晶度的可能原因，因为已经证明氯离子以帮助选择性地形成结晶氧化物而不是无定形氧化物[15]。

钛酸钡的结晶度_3.（立方体）通过测量BATIO的XRD强度估计_3.（立方体）（100）峰值在2θ= 22.160°，沥青少量副产物_3.（标有星号），可以通过洗涤过程去除。结晶BATIO的单位细胞参数_3.被确定为a =3.994Å和c = 4.035埃，这与JCPDS的文献数据一致（31-1741）。Batio的晶体尺寸_3.计算为= 25-30nm，通过使用Scherrer方程扩大相应的XRD峰值：L =kλ/（βcosθ），其中L是晶体尺寸;λ是CuKα的X射线辐射（λ= 0.15406nm）的波长;k通常被视为0.89;并且β是半最大高度的线宽。

BATIO的SEM显微照片_3.在三种不同浓度NaOH(1,2, 2和3%)下合成的粉末如图2 (a, b和c)所示。在1% NaOH中合成的颗粒呈非常均匀的球形。在2% NaOH的情况下，粒子被修饰成球形成棒状形欧洲杯猜球平台貌。然而,BaTiO_3.在欧洲杯猜球平台3％NaOH中合成的颗粒完全被改变为纳米棒。随着NaOH的浓度，颗粒失去了酸度性质，然后将Ampoterg转化为碱度。欧洲杯猜球平台通过选择足够的浓度，我们能够形成纳米棒。

图。1。钛酸钡粉末的XRD分析_3.粉末浓度为1-3％的NaOH。插图表明，只有25°的2θ仅存在单个反射

图2。Batio的SEM图像_3.粉末具有不同浓度的NaOH。（a）1％NaOH，（B）2％NaOH，（C）3％NaOH。

图3(a)为添加3% NaOH得到的钛酸钡纳米棒的TEM图像。的BaTiO_3.纳米棒非常直，并具有高规律性。TEM图像表明，几乎所有反应系统中的纳米颗粒都掺入了BATIO中欧洲杯猜球平台_3.定向附着机制的纳米棒。钛酸钡的直径_3.纳米棒的范围为20至30nm，长度达到高达> 90nm。如图3（b）所示，所选区域电子衍射（SAED）图案表现出与立方结构一致的尖锐衍射图案，这证明了所有的BATIO_3.纳米棒是单晶。前四个点被分配给立方相的（100），（110），（111）和（200）反射，并且与XRD测量很好。图3（c）和插孔表中显示的能量分散光谱（EDS）提供制备的样品中各种元素的组成。

图3.（a）钛酸钡的TEM图像_3.粉末浓度为1-3％的NaOH。3（b）插图显示了Batio的起草模式_3.用3% NaOH浓度的粉末。3(c) BaTiO的EDS_3.粉末，3％浓度的NaOH

BATIO的光致发光（PL）光谱_3.在室温下用350nm激光源激发的纳米棒如图4所示的BATIO_3.Nanorods由两个带组成：近频段边缘激发紫外线发射和可见范围内的缺陷相关的深层发射。光谱分别显示369,366和363nm的强UV带隙发射。UV区域中的发射归因于导带和价带中的电子中的电子之间的重组。可见光发射与与深层排放相关的内在结构缺陷有关，例如氧空位，表面态，OH-缺陷和非中心对称TI³⁺在纳贝钡钛酸钡中。所有这些结构缺陷都会产生八面体配置的变化。可以采用配置坐标模型来阐明纳米棒BATIO中的发光过程_3.．在这种模型中，构型坐标可以用来描述TiO内部离子的相对位置_6.八欧丁酮在Perovskites Batio_3.．BATIO的电子带结构_3.有低洼窄导带的钛³⁺-3d o的州和价频段²-2P状态[16]。这种重组对应于来自中央TI的电荷转移³⁺离子到邻近的o²- 在TiO内部_6.^8.- 通过内在缺陷的八面体导致纳米棒BATIO的发光_3.系统。因此对BaTiO的PL性质进行了研究_3.可以提供有关该物质的质量和纯度的有价值的信息。

图4。光致发光的BaTiO_3.各种浓度的粉末（a）3％NaOH（B）2％NaOH（C）1％NaOH。

研究了钡钛酸盐的室温紫外-可见吸收光谱_3.纳米棒如图5所示。吸收边缘的光谱（1,2＆3％NaOH）的急剧上升，表现出具有较少表面缺陷的高结晶纳米晶体。样品的吸收带边缘，显示出明显的蓝色移位估计约为344,329＆315nm。所有三种情况下的带隙能量的值（3.6,3.7和3.9eV）大于散装BATIO所报告的价值_3.（3.2eV）也归因于纳米晶体的形成_3.粒欧洲杯猜球平台子[17]。考虑到散装BATIO的吸收位置的蓝色偏移_3.，本样品的吸收垂直可以分配给BATIO中电子的直接转变_3.纳米棒。因此,BaTiO_3.Nanorods将是光电器件和UV激光器的有希望的候选者。

图5。BATIO的UV-Vis吸收光谱_3.不同浓度(a) 3% NaOH (b) 2% NaOH (c) 1% NaOH。

立方相质量的形成_3.可以在Eckert et.al描述的溶解 - 再结晶机制的背景下理解。[18]。比较其他以前的作品使用了TIO₂固体作为钛源;Ticl._4.可以假设更多钛离子形成BATIO_3.．在室温下，当在Bacl的混合物溶液中加入氢氧化钠时₂和ticl._4.，tio.₂溶胶是形成的。增加naoh，tio₂溶胶溶解度也增加，从而提高钛的溶解速率进入溶液并增加了BATIO的速率_3.形成。

从上述结果中，证明氢氧化物离子的重要性（OH-）。它们不仅至关重要的BATIO_3.热液条件下的晶体，从热力学角度看，如Leneka等。[19]报道，但他们似乎也作为催化剂促进BaTiO的增长_3.．因为氢氧化钠溶解度大于氢氧化钡，在这项工作中，溶液中的更多OHIONS比其它先前的作品在溶液中，那么目前的工作可以准备立方体BATIO_3.通过水热反应仅为20小时。两个提出的机制涉及Ti（OH）的缩合反应_6.²——英航^{2 + 12B.}Ba的迁移^{2 + l2a}进入tio.₂结构与Ti-O-Ti带破裂的结构和BA的掺入²⁺．在后一种机制中，OH-可以是促进Ti-O-Ti带的水解的作用。TIO之间相互作用的动态性质₂，ba.²⁺，和OH-导致涉及成核，生长和晶体溶解的结晶机制。

CL-的作用似乎是帮助较大晶体成核，较小的晶体作用为种子核。已经注意到，在卤化物离子的存在下，TiO的反应性₂减少了。尽管尚不清楚的确切原因，但反应性降低可能是由于TiO上的吸收₂表面，从而阻碍了Ba的扩散²⁺．如果如上所述，立方体BATIO_3.Cl-抑制了[20]晶体的生长，从而可以稳定大晶体[20]的形成。Cl-的这种作用是推测性的。然而，本文的数据清楚地表明，在水热合成过程中，那些不直接进入化学反应的添加剂可以稳定立方钡的形成_3.纳米棒。

结论

我们已经成功地合成了纳米棒BATIO_3.通过使用水热法。XRD结果表明，纳米棒是立方相。孤立的单晶立方体形式Batio_3.利用该方法制备的纳米棒直径为20 ~ 30 nm，长度为> ~ 90 nm。PL光谱显示出较高的紫外发射和极低的可见光发射，表明颗粒具有较小的表面缺陷。欧洲杯猜球平台所有的病例(344,329和315 nm)与体(390 nm)发生蓝移，但在3% NaOH中观察到显著的蓝移。提高NaOH浓度有利于BaTiO的制备_3.纳米棒。钛酸钡纳米棒将是光电器件和UV激光器的有希望的候选者。

承认

作者感谢大学资助委员会为这项工作提供的资金支持。

参考文献

1. P. Gherardi和E. Matijevif，“球形枝醇钡钛酸钡颗粒的均匀沉淀”，胶体表面活性。，32（1988）257-274。欧洲杯猜球平台
2. J.A.Kerchner，J. Moon，R. E.Chodelka，A. A.Morrone和J.H.Adair，“水热源衍生的钛酸钡的成核和形成机制”，ACS Symp。Ser。，681（1998）106-119。
3.P. Nanni, M. Leoni, V. Buscagalia和G. Aliprandi，“偏钛酸钡粉末的低温水溶液制备”，J. Eur。陶瓷。SOC。， 14(1994) 85-90。
4. L. K. Templeton和J.A. Pask，“Batio的形成_3.来自鲍瓦_3.和tio.₂在空气和一氧化碳中₂“，J.IA。陶瓷。SOC。42 [5]（1959）212-16。
5. P. K.Tutta，R. Asiaie，S. A. Akbar和W.Zhu，“四方BATIO的水热合成和介电性能_3.“，化学。板牙。6（1994）1542-48。
6. K. Kumar，“陶瓷电容器：概述”，电子。inf.plann。25 [11]（1998）559-82。
7. A. RAE，M. Chu和V.Ganinie，“陶瓷交易中的钛酸钡 - 过去至今和未来：介电陶瓷材料”，美国陶瓷学会100（1999）1-12。欧洲杯足球竞彩
8. J. Clt。铁电气记忆材料的状态报告，集成。欧洲杯足球竞彩铬电。20 [1-4]（1998）15-23。
9. C. BUCHAL和M. Siegert，“光学应用的铁电薄FIMS”，集成。铬电。35 [1-4]（2001）1731-40。
10. R. Kavian和A. Seedi，“SL-凝胶衍生的BATIO_3.Nanopowders“，合金和化合物杂志，468（2009）528-532。
11. j-f.chen，z-g.shen，f-t。刘，X-L。刘和J. yun，“通过常规和高重复沉淀方法”钛酸钡纳米液的制备与性能“，Scripta Materialia，49（2003）509-514。
12. S. ghosh，S. dasgupa，A. sen和H-s.maiti，“通过软化学过程合成钛酸钡纳米粉末”，材料字母，61（2007）538-541。欧洲杯足球竞彩
13. K-M。挂，w-d。杨和c-c。黄，“通过表面活性剂的溶胶沉淀法制备纳米级钛酸钡粉末的制备”，欧洲陶瓷学会，23（2003）1901-1910。
14. T. Yan，X-L.刘，n-r。王和j-f。陈，“单分散碳酸钡纳米晶纳米晶 - 水热重结晶的合成”_3.纳米球“，晶体生长杂志，281（2005）669-677。
15.。M. Henry, J. P. Olivet, J. Livage, in: D. R. Uhlmann and D. R. Ulrich, “Role of complexation in the Sol-Gel Chemistry of Metal Oxides”, Ultrastructure Processing of Advanced Materials, John Wily and Son, Newyork (1992).
16. M. S. Zhang，Z. Yin，Q.：陈，W.张和W.陈，“水热法”，固态通信，119（2001）659-663的钛酸钡纳米晶体中结构和光致发光性能的研究。
17.M. Mori, T. Kineri, K. Kadono, T. Sakaguchi, M. Miya, H. Wakabayashi，“Ba / Ti原子比对金分散BaTiO光学性质的影响”_3.超薄薄膜”,j。陶瓷。Soc, 78(9)，(1995) 2391-2394。
18. J.O.JR.Eckert，C.C.H-Houston，B.L.Gersen，M.Lencka和R.E.Riman，“钛酸钡水热合成的动力学和机制”，J.IM。陶瓷。SOC。79（11），（1996）2929-2939。
19.陈建平，“水热法合成陶瓷粉末的热力学模型”，化学学报。板牙。， 5(1993) 61-70。
20. K.Kajiyoshi，N.Ishizawa和M. Yoshimura，“通过水热法”制备钛金属对钛酸盐薄膜的制备“，J.IM。陶瓷。SOC。，74 [2]（1991）369-374。

联系方式

R.Vijayalakshmi和V.Rajendran
物理学，总统学院，钦奈，塔米尔纳德邦，印度。

电子邮件:[电子邮件受保护]

本文还以“材料和材料处理技术进步”的印刷形式公布，12 [2]（2010）43-49。欧洲杯足球竞彩