SrTiO3微纳米线的制备与亲疏水性（稀有金属材料与工程论文）

SrTiO3SrTiO3微纳米线的制备与亲疏水性 稀有金属材料与工程微纳米线的制备与亲疏水性 稀有金属材料与工程 论文 论文 第36卷增刊2xx年8月稀有金属材料与工程RARE METALMATERIALS ANDENGINEER1NG Vo1 36 Supp1 2AugustxxSrTiO3微纳米线的制备与亲疏水性唐茂 玉 嵇天浩 刘冠娆 谢健 常怀秋 王钦 杨青林 北京航空航天 大学材料科学与工程学院应用化学系 北京100083 摘要采用水热法 使用层状钛酸盐纳米线和氢氧化锶作为前驱物 在一定反应温度 和反应时间的条件下简单地制备出了超细SrTiO3粉体 结果表明 只有在反应条件和反应物配比合适时才能得到纯的SrTiO 3粉体 用x射线粉末衍射仪和扫描电镜对SrTiO3粉体进行了表征 结果表明 所制备的SrTiO3粉体绝大部分为线状 长度约2O m 直径100 500nm 用接触角仪对所制备的SrTiO粉体的亲疏水性进行了研究 结果表明 随着反应时间的延长 反应产物SrTiO的纯度逐渐增加 由原来的完全亲水性转变为疏水性 接触角为36 82 关键词水热法 微纳米线钛酸锶亲疏水性中图法分类号TG146A1002 185X xx 2 254 031引言SrTiO3作为一种典型的钙钛矿 ABO3 结构材 料在基础研究和技术应用方面表现出很大的重要性 一直受到研究 者的关注 其中 SrTiO3超细粉材料除具有良好的铁电 压电和介电等性能 并被广泛应用于中高压电容器 晶界层电容器 氧敏元件和电容 压敏复合功能元件等外 还具有良好的催化性能 可制备成陶瓷材 料用于水处理和防菌领域 目前 国内外对于TiO2的亲疏水性做了大量研究 并讨论了这 一性质对其拓展相关应用领域的作用 但是 有关SrTiO微纳米线的 制备及其性质的报道相对较少 而这又一直是人们关心的一个问题 本实验通过控制反应溶液的酸碱度 调节反应溶液的pH值 反应温 度及反应时间等因素 获得了SrTiO3微纳米线 同时 对所制备产物的亲水性做了相应的研究 分析了反应时间及 产物纯度等因素对产物亲水性能的影响 2实验在一定的水热条件下 用层状钛酸盐 NTO 纳米线和Sr OH 2合 成了SrTiO3微纳米线 其中NTO纳米线是由偏钛酸在水热条件下制得的 刚 典型的合成过程如下在室温条件下 将NTO纳米线粉末在一个烧杯中 制成悬浊液 同时 在另一个烧杯中把相应量的Sr AC 2也溶在水中 制成溶液 然后将两个烧杯里的溶液混合 并向混合液中加入一定 量的NaOH 静置后用离心机分离 留下沉淀并用乙醇洗涤2次 最后 将其放入聚四氟乙烯反应釜 12m1 中 恒温180 反应10h 样品1 和48h 样品2 取出后冷却至室温 然后用弱酸和去离子水洗涤数 次即可得到白色粉末 用X射线衍射仪 XRD 对产物进行了定性测试 并用扫描电子显微镜 SEM 观察了产物的形貌及尺寸 用接触角仪对置于玻璃片上的产物的亲疏水性做了相应的研究 3结果与讨论3 1SrTiO3微纳米线的表征图1是利用NTO纳米线和Sr O H 2 在一定的水热条件下 分别反应10h 样品1 和48h 样品2 后所 制得的产物的XRD图谱 由图la可知 对于样品1 在反应10h后 产物既不是NTO相 也不是 SrTiO3相 其中更不含有Sr OH 2相 但是 在延长反应时间至48h 后就可制得SrTiO3 如图lb所示 由此谱图可知 此谱峰完全与SrTiO3相的标准卡片 JCPDS No73 0661 相一致J 图2为两产物样品1和样品2的扫描电镜图片 由图2a可以看出 大部分NTO纳米线已不存在 这说明Sr OH 2不仅 与NTO发生了反应 而且也严重破坏了NTO纳米线的形貌 而当反应 时间延长至48h时 得到的产物形貌如图2b所示 生成了较均匀的微 纳米线 即SrTiO3微纳米线 其直径在100 500nm范围内 xx 02 15基金项目国家自然科学基金 20473007 资助作者简介唐茂玉 女 1979年生 硕士研究生 北 京航空航天大学 通讯作者嵇天浩 教授 电话010 82314436 e mailtianji buaa edu 增刊2唐茂玉等srtio3微纳米线的制备与亲 疏水性墨量2o 图1样品的XRD谱图Fig 1XRD patternsof samplesl a and2 b 图2样品的SEM照片Fig 2SEM imagesof samplesl a and2 b 3 2产物亲水性物质的亲疏水性主要是由物质 的表面自由能和表面粗糙度决定的 表面自由能越高 表面结构越 粗糙 表面接触角越小 也越容易被水浸润 8们 则其亲水性越好 反之 则体现出疏水性 图3分别是样品 1 反应20h的产物及样品2的水接触角测试图 由前面的表征结果可知 样品1不是SrTiO纯相 且形貌不规整 因 此 样品的表面可能存在大量的羟基 且很粗糙 表面水接触角几 乎为零 亲水性很好 而当反应时间延长至20h时 反应物开始大部 分发生反应 其表面结构发生了变化 表面变得比较光滑 其表面 接触角开始增大 平均约为11 72 表面的亲水性有所下降 对于样品2当反应时间延长至48h时 所 得产物已经是SrTiO微纳米线 其表面更加光滑 表面接触角也明显 增大 平均约为36 82 其亲水性进一步减弱 b图3样品的亲水性测试图Fig 3Photographs ofwater dropletshape onthe surfaceof samples a sample1 b reacting20h c sample24结论利用NTO纳 米线和Sr OH 2反应 在一定的水热条件下 通过控制反应时间 反 应温度以及反应物的配比等条件 得到了直径在1O0 500rim的SrTi O3微纳米线 随着反应时间的延长 反应产物SrTiO的纯度逐渐增加 由原来的完 全亲水性变为疏水性 接触角为36 82 参考文献References 1 Mark A Motor mick Ryan KRoeder et a1 J MaterRes J xx 16 4 1200 2 Cheng HF Lin TF Hu CT et a1 JAm CeramSoc J 1993 76 4 827 3 Zhu W Wang CC Akbar SA et aL JMaterSci J 1997 324302 4 Zhou Qiuhua 周秋华 et a1 Chem Reagent 化学试剂 J xx 28 4 197 5 zhou xuedong 周学东 eta1 industrial safetyand dust 256 稀有金属材料与工程第36卷control iq 环保与安全 j xx 3o 9 3 6 Ji Tianhao 嵇天浩 Chinese Patent P xx10090609 9 xx 7 Wang Hongli q 宏丽 ef口 J lnorgMater 无机化学学报 J xx l8 6 llO8 8 Liu Qinju l l清菊 eta1 J InorgMater 机化学学报 J xx 18 6 1331 9 9wang r hashimoto k fujishima aeta1 nature j 1997 38843l 10 song xiaoyan jiang leiet alphys chem占 j xx 1094048preparation ofsrtioa submiero nanowires andits wettability tangmaoyu ji tianhao liu guanrao xie jian chang huaiqiu wang qin yang qinglin department ofappliedchemistry school ofmaterial scienceand engineering beijing university ofaeronautics and astronautics bei jing100083 china abstractsrtio3submicro nanowires canbe preparedusing layeredtitanate nanowiresand sr oh 2as precursorsat certain reactiontemperature andfor certain reactiontime byhydrothermal method x ray diffraction xrd and scanningelectron microscopy sem measurements wereused toinvestigate thephases andmorphologies ofprepared products the resultsshow thatpure srtio3submicro nanowires inthe diameterrange of100 500nm canbe synthesizedat reactiontemperature180 c andfor reactiontime48h also themeasurement resultusing contactangle instrumentdemonstrates that thesrtio3submicro nanowire film showspar thydrophobility key wordshydrothermal srtio3 submicro nanowires wettabilit ybiography rang maoyu