关键词 钛酸锶钡、制备工艺、优缺点、展望
随着全球能源危机加剧，微电子技术和光催化技术越来越受到人们的重视，钛酸锶钡因具有较高的介电常数、优良的压电性能、较低的介电损耗、良好的化学稳定性、居里温度易调控以及能够产生较高的光生电位、具有较高的光催化活性等优点，被广泛应用于超级电容器、随机动态存储器、微波介质移相器、光解水产氢、光催化降解水中有机污染物等领域中。
钛酸锶钡（Ba1-xSrxTiO3）是一种具有ABO3型钙钛矿结构的铁电材料，由钛酸锶和钛酸钡按照一定比例固溶所得，而制备工艺的不同，往往会影响钛酸锶钡的微观形貌以及组织结构，进而改变钛酸锶钡材料的介电性能、居里温度以及光催化性能，因此对钛酸锶钡制备方法的总结非常必要。
本文从钛酸锶钡的制备工艺及其优缺点方面，综述了钛酸锶钡当前的研究进展，并且对其进行了展望。
1.钛酸锶钡的制备工艺
目前，钛酸锶钡的制备工艺主要分为溶胶凝胶法、水热合成法、低温液相合成法、沉淀法、熔盐法、低温自蔓延法、固相烧结法、气相沉积法等[1]。
1.1.溶胶凝胶法：
溶胶凝胶法是目前制备钛酸锶钡最常用的方法之一，通常是将锶盐和钡盐按照一定比例混合溶解，之后与溶于乙二醇甲醚中的钛酸正四丁酯溶液（钛前驱液）混合，不断搅拌直至澄清透明，再将溶胶陈化、干燥形成干凝胶，最后对干凝胶进行热处理获得纳米级钛酸锶钡粉末。这种方法制备周期短，工艺简单，对设备要求不高，并且能够使反应物均匀混合、充分反应，制得的钛酸锶钡粒径小、催化活性较高，在光催化领域中应用更为广泛。
另外，该工艺可以较为容易地改变Ba/Sr比或对钛酸锶钡进行离子掺杂，因此引起了研究者的广泛关注。Roxana Elena Patru等[2]通过溶胶凝胶法制备了不同Ba/Sr比的钛酸锶钡陶瓷材料，并对其电学特性进行测试，结果发现随着Sr含量的增加，晶粒的尺寸和四方性降低，从而导致居里温度降低，并且介电性能随温度变化的热滞后性也成线性下降趋势。
1.2.水热合成法：
水热合成法也是制备钛酸锶钡的常用方法，通常采取与溶胶凝胶法相类似的方法制备溶胶，之后将其置于反应釜中通过高温高压的水热环境将前驱体的团聚和联结破坏，使离子或离子团进入水溶液，并进一步成核结晶、形成晶粒，对其进行洗涤、干燥，即可得到纳米钛酸锶钡粉末。这种方法工艺简单，易于控制反应的温度、时间、配比等参数，但是高温高压的反应条件造成了巨大的设备投资和安全投资，使得水热法很难在工业生产中推广。
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夏峰等[3]通过水热法制备了不同掺杂比例的纳米钛酸锶钡颗粒，并且对其进行了介电性能的测试，结果发现随着锶的掺杂比例提高，钛酸锶钡的介电损耗越大，但吸波性能有所增强，并且还发现当钛酸锶钡的尺寸降至纳米级时，易受高温影响发生晶格畸变。
1.3.固相烧结法：
固相法烧结法通常是将碳酸钡、碳酸锶、二氧化钛按照一定比例混合研磨，之后进行高温烧结发生固相反应，制得钛酸锶钡陶瓷材料。这种方法虽然工艺简单、制备周期短、成本低廉，但是该方法制得的钛酸锶钡颗粒较大、纯度不高，很难应用于精密实验中。
徐军古[4]通过固相法制备了钛酸锶钡粉末，并发现随着TiO2添加量的减少，在一定范围内，钛酸锶钡颗粒的粒径有所下降。
1.4.沉淀法：
沉淀法通常是将可溶性钡盐、锶盐以及钛酸丁酯溶于水中，缓慢加入沉淀剂，不断搅拌，再通过过滤、洗涤、干燥等步骤制成钛酸锶钡粉体。
李明利等[5]通过草酸盐共沉淀法制备了高纯球状立方晶相的Ba0.6Sr0.4TiO3纳米粉体，其晶粒的平均粒径约为100nm，虽然该方法操作简单、制备周期短、产量大，但其对沉淀剂要求高，在沉淀过程以及热处理过程中，粉体容易团聚，从而制备的粉体粒径较大，影响其实际应用。
2.总结与展望
目前，钛酸锶钡的制备工艺已经趋于成熟，种类繁多且各有特点，但是现如今的制备方法依旧存在许多不足：1.许多制备工艺，如水热合成法等对设备要求极高、成本较高、能源消耗量较大，安全问题较为严重，因此很难推广至工业生产；2.固相烧结法、沉淀法虽然可以降低生产成本，但是制备过程中粉体容易团聚，钛酸锶钡颗粒较大、纯度较低，难以在应用市场中推广。因此，对以上问题，可以通过在反应前添加适当的催化剂的方法，降低反应过程中的活化能以及制备过程中所造成的巨大能量损耗，从而降低成本，减小制备过程中的安全问题；另外，可以将固相法的混合步骤置于液相中，利用超声等方式将颗粒均匀分散后干燥、烧结，制得粒径更小的钛酸锶钡粉末。
参 考 文 献：
[1]张娟. 钛酸锶钡（Ba(1-x)SrxTiO3）高介电陶瓷的制备及性能研究[D].江苏大学,2016.
[2] Roxana Elena Patru, Constantin Paul Ganea. (Ba,Sr)TiO3 solid solutions sintered from sol-gel derived powders: An insight into the composition and temperature dependent dielectric behavior [J]. Ceramics International 46 (2020): 4180–4190
[3] 夏峰. 钛酸钡和钛酸锶钡纳米颗粒的制备、晶体结构及微波吸收性能的研究[D].复旦大学,2012.
[4]徐军古. Ba(1-x)SrxTiO3（x=0-1）超细粉体材料的制备研究[D].湘潭大学,2011.
[5]李明利,杜丕一,纪松,钱坤明,倪杨.化学共沉淀工艺制备钛酸锶钡纳米粉体[J].兵器材料科学与工程,2010,33(01):13-16.
作者简介：刘可凡；男；（2000-2）山东省淄博市；本科；研究方向或专业：材料科学与工程
论文作者:刘可凡 霍原非 贾凯旗 熊昕宇 王晓东
论文发表刊物:《科学与技术》2019年21期
论文发表时间:2020/4/17
标签：工艺论文; 溶胶论文; 凝胶论文; 性能论文; 成法论文; 粒径论文; 居里论文; 《科学与技术》2019年21期论文;