一种大长径比钛酸铋钠纳米线的制备方法

本发明涉及纳米材料，特别是涉及一种大长径比钛酸铋钠纳米线的制备方法。

背景技术：

1、现代电子元器件正在向微小型化、集成化、柔性化和系统化方向发展，微纳材料的关注度也在不断攀升，而其中一维纳米材料具有独特的尺寸和形态特点，可以制造出更小、更高效的电子设备，更是构造纳米级别器件的关键所在。

2、钛酸铋钠陶瓷不含有铅元素，环保性能优点突出，是最有希望替代锆钛酸铅陶瓷的产品之一。钛酸铋钠，其化学式为na0.5bi0.5tio3，简写式为bnt，被认为是最可能取代铅基压电陶瓷的无铅压电陶瓷体系之一。bnt是一种a位复合离子取代的钙钛矿型铁电材料，具有优异的电学性能和光学性能，而且有高的极化强度，可以应用于电容器、传感器、光电器件等领域。bnt的高残余极化和弛豫特性使其成为有效储存电能的有前途的材料。目前，钛酸铋钠纳米线材料更多是通过水热法来制备，而关于用静电纺丝法去制备钛酸铋钠纳米线材料的研究较少。且通过水热法制备钛酸铋钠纳米线存在反应程度不易控制，纳米线产品连续性差、尺寸不均匀、柔性差等问题，若是能通过简单、易控制的静电纺丝法制备尺寸均匀、柔性好的钛酸铋钠纳米线，将具有十分广阔的应用前景。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种大长径比钛酸铋钠(na0.5bi0.5tio3)纳米线的制备方法，以解决上述现有技术中存在的问题。本发明的制备方法可以极大地提升钛酸铋钠纳米线的长径比，较好地提高其柔性，通过本发明的方法制得的钛酸铋钠纳米线产品纯度较高、连续性较好、尺寸均匀、表面较为光滑，可作为新一代柔性电子产品的基础材料，使电子设备既具有柔软性又兼具耐高温的优点。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明的技术方案之一：一种大长径比钛酸铋钠纳米线的制备方法，包括以下步骤：

4、将钛源、铋源、钠源、醋酸、乙酰丙酮、水、n,n-二甲基甲酰胺和增粘剂混合，搅拌均匀，得到前驱液；

5、将所述前驱液进行静电纺丝，得到纳米线，然后对所述纳米线进行热处理，得到所述大长径比钛酸铋钠纳米线；

6、所述大长径比钛酸铋纳米线的长径比为85～140。

7、进一步地，所述钛源包括钛酸异丙酯、钛酸四丁酯、钛酸异丁酯、钛酸四乙酯和聚钛酸丁酯中的一种或多种；

8、所述铋源包括醋酸铋、铝酸铋、钼酸铋、锡酸铋、柠檬酸铋和铁酸铋中的一种或多种；

9、所述钠源包括柠檬酸钠、碳酸钠、醋酸钠和甲酸钠中的一种或多种；

10、所述增粘剂包括聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇和聚乳酸中的一种或多种。

11、进一步地，所述水、n,n-二甲基甲酰胺、乙酰丙酮、钠源、钛源、铋源、醋酸的质量比为1：(0.1～20)：(0.1～30)：(0.1～30)：(0.1～50)：(0.1～50)：(0.1～100)。

12、进一步地，所述增粘剂、钠源、钛源和铋源的质量比为1：(0.1～30)：(0.1～50)：(0.1～50)。

13、进一步地，所述搅拌的转速为300～900rpm，时间为0.5～5h，所述搅拌在加热的条件下进行，所述加热的温度为20～90℃。

14、进一步地，所述将钛源、铋源、钠源、醋酸、乙酰丙酮、水、n,n-二甲基甲酰胺和增粘剂混合的具体操作为：在加热搅拌的条件下将钠源置于水中，得到钠源溶液；在加热搅拌的条件下将铋源置于醋酸中，得到铋源溶液；将所述钠源溶液和铋源溶液混合，在混合溶液中加入钛源、n,n-二甲基甲酰胺和增粘剂，完成所有原料的混合；所述加热搅拌的温度均为20～90℃，转速均为300～900rpm。

15、进一步地，所述静电纺丝的条件包括：纺丝速率为0.1～3ml/h，电压为5～20kv，温度为20～50℃，湿度为20～50％，纺丝距离为5～20cm。

16、进一步地，所述热处理的温度为800～1200℃，时间为2～8h。

17、进一步地，所述热处理在空气气氛中进行。

18、本发明的技术方案之二：一种如上述制备方法制备得到的大长径比钛酸铋钠纳米线。

19、本发明的技术方案之三：一种上述大长径比钛酸铋钠纳米线在制备柔性电子产品中的应用。

20、本发明的发明构思：本发明先利用溶液法混合获得前驱液，然后通过静电纺丝技术合成纳米线，之后通过热处理除去增粘剂等杂质，得到最终的目标产物；利用本发明的制备方法制备所得的一维na0.5bi0.5tio3纳米线具有良好的结晶性、分散特性，具有大的长径比。本发明中加入的乙酰丙酮抑制钛酸四丁酯的水解，缩短了凝胶时间，导致钛酸铋钠纳米线更长；而溶剂n,n-二甲基甲酰胺可以增大纺丝溶液粘度和表面张力，使得纳米线直径减小，若是换成其他溶剂，比如乙醇作为溶剂的纺丝溶液粘度和表面张力都相对的减小，从而会导致纳米线直径的增大；加入适量的乙酸，可以平衡和稳定水解和聚合过程，从而改善了纳米线的表面形态。较大长径比的纳米线有助于提高材料的柔性，可作为新一代柔性电子产品的基础材料，使电子设备既具有柔软性又兼具耐高温的优点，使其成为柔性陶瓷纳米膜、高功率器件、电介质电容器等柔性电子产品的理想型候选材料。本发明的制备方法具有简单，易操作和控制的特点。

21、本发明公开了以下技术效果：

22、通过本发明的方法制备的钛酸铋钠纳米线长径比较大，柔性好，可用于制备柔性电子产品，比如用于制备柔性陶瓷纳米膜，应用领域广泛；

23、本发明使用的钛源、铋源和钠源来源广泛，较易获得，价格低廉；

24、本发明使用的增粘剂种类繁多，价格低廉且粘性效果好，有利于形成表面形貌较好的一维结构；

25、本发明通过静电纺丝法可实现钛酸铋钠纳米线的大量制备，且静电纺丝法具有简单、易操作和控制的特点，易于放大生产。

技术特征：

1.一种大长径比钛酸铋钠纳米线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钛源包括钛酸异丙酯、钛酸四丁酯、钛酸异丁酯、钛酸四乙酯和聚钛酸丁酯中的一种或多种；

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水、n,n-二甲基甲酰胺、乙酰丙酮、钠源、钛源、铋源、醋酸的质量比为1：(0.1～20)：(0.1～30)：(0.1～30)：(0.1～50)：(0.1～50)：(0.1～100)。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述增粘剂、钠源、钛源和铋源的质量比为1：(0.1～30)：(0.1～50)：(0.1～50)。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝的条件包括：纺丝速率为0.1～3ml/h，电压为5～20kv，温度为20～50℃，湿度为20～50％，纺丝距离为5～20cm。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为800～1200℃，时间为2～8h。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述热处理在空气气氛中进行。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的制备方法制备得到的大长径比钛酸铋钠纳米线。

9.一种如权利要求8所述的大长径比钛酸铋钠纳米线在制备柔性电子产品中的应用。

技术总结本发明公开了一种大长径比钛酸铋钠纳米线的制备方法，属于纳米材料技术领域。所述制备方法包括以下步骤：将钛源、铋源、钠源、醋酸、乙酰丙酮、水、N,N‑二甲基甲酰胺和增粘剂混合，搅拌均匀，得到前驱液；将所述前驱液进行静电纺丝，得到纳米线，然后对所述纳米线进行热处理，得到所述大长径比钛酸铋钠纳米线。所述制备方法可以极大地提升钛酸铋钠纳米线的长径比，较好地提高其柔性，通过本发明的方法制得的钛酸铋钠纳米线可作为新一代柔性电子产品的基础材料，使电子设备既具有柔软性又兼具耐高温的优点，使其成为柔性陶瓷纳米膜、高功率器件、电介质电容器等柔性电子产品的理想型候选材料。技术研发人员：徐海萍,程彬,李冠,李洪飞,郭丽和受保护的技术使用者：上海第二工业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11