第42卷第11期人工晶体学报Vol．42No．112013年11月JOUＲNAL OF SYNTHETIC CＲYSTALSNovember ，2013微波水热合成钛酸钡纳米粉体陈杰，闫峰，罗昆鹏（西安科技大学材料科学与工程学院，西安710054）摘要：采用微波水热法低温合成了立方相钛酸钡纳米粉体。
通过正交实验法及线性回归，研究了反应温度、反应时间及分散剂用量等因素对颗粒比表面积的影响规律及回归函数，并通过XＲD 、TEM 、XＲF 等对粉体进行了表征。
研究结果表明，在反应温度70ħ、反应时间10min 、分散剂与钛的物质的量比为1ʒ20的条件下制得粒径约50 100nm 、呈球状的分散性良好的立方相钛酸钡纳米粉体。
反应温度、反应时间及分散剂用量对粒度均有不同程度的影响，其中反应温度影响最为显著。
关键词：微波水热法；钛酸钡纳米粉体；正交实验法；线性回归中图分类号：TM282文献标识码：A文章编号：1000-985X （2013）11-2359-05Synthesis of BaTiO 3Nano-powder by Microwave Hydrothermal MethodCHEN Jie ，YAN Feng ，LUO Kun-peng（School of Materials Science and Engineering ，Xi＇a n University of Science and Technology ，Xi＇a n 710054，China ）（Ｒeceived 12May 2013，accepted 13September 2013）Abstract ：Cubic phase barium titanate nano-powders were synthesized under low temperature by microwave-hydrothermal method．The influence law of factors such as reaction temperature ，reaction time ，and the dispersant dosage on the specific surface area of particles and regression function were studied by the orthogonal experiment method and linear regression．The crystallized products were characterized by powder X-ray diffraction （XＲD ），transmission electron microscopy （TEM ），X-ray fluorescence （XＲF ）．The experimental results showed that the spherical and well-dispersed cubic phase barium titanate nano-powders which particle size is about 50-100nm could be prepared under the conditions that the reaction temperature is 70ħ，and the reaction time is 10min ，and mole ratio of dispersant and titanium is 1ʒ20．Ｒeaction temperature ，reaction time ，and the dosage of dispersant have different effect on the specific surface area of particles．Among these factors ，the significant factors is reaction temperature．Key words ：microwave hydrothermal method ；BaTiO 3nano-powder ；orthogonal experiment method ；linear regression收稿日期：2013-05-12；修订日期：2013-09-13基金项目：国家自然科学基金（51072162）作者简介：陈杰（1967-），女，陕西省人，教授，博士。
E-mail ：chenjie363@163．com 1引言钛酸钡（BaTiO 3）是一种强介电材料、压电材料和铁电材料，广泛应用于电容器、PTC 组件、压电换能器等电子元器件的制造，是一种用途广泛的重要电子陶瓷材料。
近年来，随着电子元器件的微型化、小型化、薄2360人工晶体学报第42卷层化发展趋势，纳米尺寸的钛酸钡粉料就成为钛酸钡介质瓷料发展的必然趋势［1］。
目前国内外对高纯、超细BaTiO3粉体合成方法的研究十分重视［2］。
钛酸钡粉体的主要制备方法有固相法、溶胶凝胶法、水热法、直接沉淀法、低温燃烧法、草酸盐共沉淀法等［3-10］。
草酸盐沉淀法是目前工业上最为普遍应用的一种制备方法，但需要在1000ħ以上进行热分解来制备钛酸钡，难以制得小粒径粉体。
美国宾州大学的Ｒoy于1992年提出微波水热合成法，是将传统的水热合成法与微波场结合起来的一种有应用潜力的方法。
与传统的水热法相比，具有加热速度快、反应灵敏、体系受热均匀等特点，可以快速制备形貌均一的超细粉体。
如今，微波水热法已对多种纳米粉体的合成进行了研究，引起国内外广泛重视［11，12］。
微波水热法合成产物颗粒的大小、形貌等与反应温度、反应时间、反应物浓度、分散剂的种类及用量密切相关。
因此，探索合适的微波水热合成条件对研究控制粉体的形貌及大小有着重要的意义。
本文采用廉价的钛酸四丁酯、硝酸钡为原料在低温常压下合成出BaTiO3粉体。
利用正交实验法，研究了反应温度、反应时间、分散剂的用量对粉体比表面积的影响，获得微波水热合成的最佳合成条件，并利用回归分析对结果进行检验。
2实验2．1粉体制备选用分析纯的钛酸四丁酯、硝酸钡、氢氧化钠为实验原料，以OP-10为分散剂，准确配制2mol/L的NaOH溶液，加热至80ħ除去其中溶解的CO。
量取一定量的NaOH溶液于反应容器中，在磁力搅拌下逐滴2滴加钛酸四丁酯溶液，然后加入等量的Ba（NO3）2溶液，按确定的比例加入分散剂，控制反应溶液的pH＞13。
充分搅拌后，移入上海新仪微波化学科技有限公司的MAS-3普及型微波炉中进行加热。
到设置的温度点时开始计时，反应完成后，静置，酸洗，水洗，醇洗后过滤，然后在60ħ干燥4h得到BaTiO3粉体。
2．2实验方法在微波水热法合成钛酸钡粉体的过程中，反应温度、反应时间、分散剂用量是影响钛酸钡粉体粒度的主要因素。
利用正交实验法分析反应温度、反应时间、分散剂的用量等对粉体粒度的影响。
根据颗粒的大小与比表面积的关系，选取比表面积值作为考核值（越大越好）。
考察三个因素反应温度、反应时间、分散剂用量，每个因素考察三种状态，即反应温度（90ħ，80ħ，70ħ）；反应时间（30min，20min，10min）；分散剂用量（以分散剂与钛的物质的量比来衡量分散剂的用量，即N OP-10ʒN Ti=1ʒ10；1ʒ20；1ʒ30）。
实验采用三因素三水平正交设计安排实验，因素水平表见表1。
表1因素水平表Table1Factor and level of experiment parametersFactor Synthesis temperature/ħSynthesis time/min Dispersant dosageLevel190301ʒ10Level280201ʒ20Level370101ʒ302．3测试与表征采用美国麦克公司2020型物理吸附仪测试颗粒的比表面积；利用日本理学公司的D/MAX-2004型X 衍射仪对粉体做X衍射定性分析（Cu Kα靶，扫描波长为0．15405nm）；使用日本电子的JEM-200CX透射电子显微镜观察粉体的分布、颗粒大小与形貌。
采用德国Bruker公司的S4Pioneer-X荧光光谱仪测试粉体中的杂质含量。
3结果与讨论3．1正交试验结果分析正交试验结果的均值分析可以找到各因素分别取何值时所得到的实验结果会最好，极差分析可以了解第11期陈杰等：微波水热合成钛酸钡纳米粉体2361各影响因素的主次顺序。
正交试验的正交结果如表2所示。
根据考核值比表面积越大越好，从表2的均值中可以看出，较好参数为T=70ħ，t=10min，n=1ʒ20。
极差表明因子对结果的影响程度，根据极差值的大小，可知各因素的影响程度。
利用极差分析各因素的影响主次顺序为反应温度＞反应时间＞分散剂用量。
直观分析虽然可以大致估计各因素的作用效果强弱，但不能估计实验过程及实验结果测定中必然存在的误差大小，不能区分某因素各水平所对应的实验结果间的差异是因素水平不同，还是实验误差所引起，所以不能得知分析的精度。
为此，再对实验结果进行回归分析进行检验和修正。
表2正交试验结果Table2Ｒesults of orthogonal experimentFactorＲeaction temperature/ħＲeaction time/min Dispersant dosage Specific surface area/m2·c．c．－1Test190301ʒ107．94Test290201ʒ207．66Test390101ʒ308．19Test480301ʒ207．97Test580201ʒ3010．54Test680101ʒ1010．59Test770301ʒ308．02Test870201ʒ1011．22Test970101ʒ2011．61Mean17．937．9779．917Mean29．709．8079．080Mean310．28310．1308．917Ｒange2．3532．1531．0003．2回归方程的检验设有回归方程：Y=α+β1X1+β2X2+β3X3（1）方程中自变量X1，X2，X3分别为正交设计中的温度、时间和分散剂用量的观察值；因变量Y为比表面积的测量值。
将表2的数据代入（1）式，经spss软件运算得出回归系数，如表3所示。
表3回归系数表Table3Coefficient of regressionαβ1β2β3 19．936－0．118－0．10815．335所以回归方程为：Y=19．936－0．118X1－0．108X2+15．335X3，利用方差分析回归方程的显著性，方差分析表见表4所示。