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鋁酸鑭屬于鈣鈦礦結構的ABO3化合物,具有介電常數小,介電損耗低,晶格匹配好,熱膨脹系數小,化學穩定性好,能隙寬,比表面積大,有一定的活性,熱穩定性好,被廣泛的應用于催化材料,襯底材料,高溫超導薄膜基片,合成微波介質陶瓷材料,高溫燃料電池,微波介電諧振器等方面。目前,用來制備納米鋁酸鑭的方法很多,其中較常用的有:燃燒合成法,共沉淀法,溶膠凝膠法,醇鹽水解法。在這些方法中燃燒法具有明顯的優勢。它是利用金屬硝酸鹽和燃燒劑反應,在達到點火溫度后自發燃燒,實現原位氧化,隨著燃燒波的推動,反應物迅速轉變為最終產物,這大大的縮短了實驗周期。而且所得到的產物分布均勻,純度高,產物活性高。
室溫時,鋁酸鑭屬于三方晶系(對稱群R3c),是立方相中AlO6八面體繞一個三次軸旋轉角度ф形成的。當溫度升高時,鋁酸鑭進入立方晶系,對稱群為Pm3m,由于AlO6八面體旋轉導致晶胞體積加倍,以此R3c結構中的零點聲子來自立方晶胞Brillouin區中Γ(0,0,0)和R(1/2,1/2,1/2)點的模,這一相變可由Brillouin區的軟模來表示。圖1.2和圖1.3為鋁酸鑭結構球棍模型。
鋁酸鑭的制備方法主要有:燃燒合成法、共沉淀法、均勻沉淀法、溶膠凝膠法、醇鹽水解法和液相混合法。鑭、鋁的源材料一般為金屬氧化物、無機鹽或醇鹽。
方法1:按不同摩爾配比,分別稱取一定量的La(NO3)3·6H2O,Al(NO3)3·9H2O以及C6H14O6,將反應物置于燒杯中,分別加入10mL去離子水溶于其中,用磁力攪拌器分別攪拌成均勻溶液,然后轉入同一燒杯,繼續攪拌至充分混合,緩慢滴加硝酸或氨水調節混合溶液的pH值,所得溶液即為前驅液。把前驅液轉移到坩堝中,把坩堝放入馬弗爐中加熱,當溫度足夠高時,前驅液中溶劑逐漸蒸發,當達到點燃溫度時,馬弗爐中發生自蔓延燃燒反應,反應劇烈并伴隨有大量煙霧生成,燃燒過程在幾秒鐘內結束,繼續焙燒,充分反應后坩堝中得到蓬松狀粉體。
方法2:一種結晶度高的納米鋁酸鑭粉體的制備方法,該方法包括下述順序的步驟:
(1)將摩爾質量比為1∶1的硝酸鋁與硝酸鑭在50~70℃的純水中充分溶解,再加入絡合劑和表面活性劑溶解,在溫度為70~100℃條件下不斷攪拌絡合2~5小時;其中,所述絡合劑與硝酸鋁和硝酸鑭摩爾質量比為0.5-2.0~0.5-1.0;表面活性劑的用量為硝酸鋁和硝酸鑭氧化物總量的5~15%;
(2)將絡合好的混合溶液在300~450℃條件下爆炸分解0.5~1.5小時,制成粉體;
(3)將分解后的粉體在800~1000℃條件下焙燒2~4小時,即制得鋁酸鑭納米粉體。
鋁酸鑭作為一種新型的稀土材料,在電子器件、催化、高溫燃料電池、陶瓷、污水處理、襯底材料等方面得到了廣泛應用。具有鈣鈦礦結構的鋁酸鑭微粒作為一種新型的稀土微粒材料,在電子器件、催化、高溫燃料電池、陶瓷、污水處理、襯底材料等方面得到了廣泛應用。
鋁酸鑭屬于鈣鈦礦結構的ABO3化合物,它具有良好的微波介電性能,并與高溫超導、BST鐵電薄膜等有良好的晶格匹配,因而被廣泛地用作襯底材料。
鋁酸鑭單晶是當前最重要的工業化、大尺寸高溫超導薄膜基片單晶材料。它與YBaCuO等高溫超導材料晶格匹配好,介電常數較低,微波損耗小,因而適于制作高溫超導微波電子器件,如遠程通訊中的高溫超導微波濾波器等,有巨大的現實及潛在的應用前景。目前有關鋁酸鑭單晶和摻質鋁酸鑭單晶的光譜性質研究,有分別摻Nd3+、Er3+、Eu3+和Ce3+的鋁酸鑭單晶的光譜研究報道。在硅基上生長鋁酸鑭薄膜,是當今國內外研究的熱點一。用基于原子層控制異質外延技術,在硅基上實現了無界面層外延生長,制備出高介電常數的鋁酸鑭薄膜,降低了超薄高介電常數薄膜漏電流,解決了下一代場效應器件的關鍵技術之一。
鋁酸鑭有望代替二氧化硅,用來作為金屬氧化物半導體場效應管器件新的柵介質,使半導體工業在器件尺寸縮小到納米及以下時,繼續遵從“摩爾定律”。納米材料在結構、光電和化學性質等方面的誘人特征,引起物理學家、材料學家和化學家的濃厚興趣。80年代初期納米材料這一概念形成以后,世界各國對這種材料給予極大關注。它所具有的獨特的物理和化學性質,使人們意識到它的發展可能給物理、化學、材料、生物、醫藥等學科的研究帶來新的機遇。采用納米粉體制備的晶體材料與傳統晶體材料相比,具有純度高,晶粒細,缺陷少等優點。
[1] CN201110410336.1一種結晶度高的納米鋁酸鑭粉體及其制備方法
[2] 燃燒法制備納米鋁酸鑭及其表征
[3] 高性能鋁酸鑭粉體制備