EDTA络合法制备 Ba(Zn1/3Nb2/3)O3纳米粉体及其热学性能

采用EDTA (乙二胺四乙酸)络合法制备了Ba(Zn1/3Nb2/3)O3 (BZN)纳米粉体，利用X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱以及热重分析仪分析了前驱体的热分解过程和煅烧过程中的相变，同时采用扫描电子显微镜观察了最终粉体形貌。结果表明，650℃低温煅烧1 h得到钙钛矿相BZN陶瓷纳米粉体，粉体形状接近于球状，平均直径约40 nm，且在微区团聚形成较大的块状聚集体。所制备的粉体在1200℃烧结2 h得到高致密度(理论密度的98%以上)、单相的BZN陶瓷。

Ba(Zn1/3Nb2/3)O3 (BZN)作为一种具有低介电损耗(Q × f ≈ 80 000 GHz)、高介电常数(εr = 40)和温度相对稳定(τf ≈ 30 ppm/℃)的陶瓷材料， 在现代微波通信领域中具有广泛的应用前景[1]-[3]。

BZN 陶瓷的制备通常采用传统固相法，包括球磨一定化学计量比的原材料(BaCO3、ZnO、Nb2O5)，在1100℃~1200℃范围内煅烧及随后1400℃~1500℃范围的高温烧结。

但是由于高温下ZnO 化学组分挥发导致烧结后的BZN中通常存在Ba5Nb4O15、BaNb2O6 等第二相。例如，Liou 等人[4]通过反应烧结法，添加3 wt% CuO 且不经过煅烧， 直接在1450℃烧结制备了BaxSr1-x(Zn1/3Nb2/3)O3 陶瓷。

然而， 在烧结后的陶瓷中发现了ZnNb2O6和(Cu2Zn)Nb2O8 第二相。

Liang 等人[5]采用喷雾热解技术制备了BZN 粉体， 在1250℃烧结后陶瓷中存在Ba5Nb4O15 第二相。

制备高密度、高纯度的BZN 陶瓷是获得理想微波介电性能的重要条件。

陶瓷的烧结性能在很大程度上取决于粉体。通过湿化学法制得的陶瓷粉体通常具有高的纯度和良好的粉体特性，如窄的颗粒尺寸分布、高的比表面积和良好的烧结活性。此外，湿化学法(如共沉淀法、溶胶–凝胶法、Pechini 法等)通常能够在较低的温度获得纳米陶瓷粉体[6]-[8]。

本文采用EDTA 络合法(改良的Pechini 法)在低的煅烧温度成功合成了BZN 纳米粉体。所制备的粉体具有高烧结活性，在1200℃烧结2 h 得到了高密度、纯单相的BZN 陶瓷。

2. 实验 以硝酸钡(Ba(NO3)2，分析纯)、硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O，分析纯)、草酸铌(C10H5NbO20，分析纯)和乙二胺四乙酸(C10H16N2O8，EDTA，分析纯)为原料。按化学式Ba(Zn1/3Nb2/3)O3 将一定比例的硝酸钡、硝酸锌和草酸铌溶解于一定量的去离子水中，形成溶液。EDTA 溶解于氨水中形成溶液。然后将EDTA 的氨水溶液缓慢加入所配制的溶液中，直到pH 值调至8 左右。混合溶液在80℃加热并持续搅拌，形成透明溶胶。溶胶置于120℃的烘箱中烘干，直至形成干凝胶。将获得的干凝胶分别在200℃、400℃、500℃、650℃、700℃、750℃和800℃煅烧，煅烧时间为1 h，得到Ba(Zn1/3Nb2/3)O3 粉体。在粉体中加入粘结剂(4 wt%聚乙烯醇)，经造粒后压制成直径为20 mm，高为8 mm 的坯体最后在马弗炉中进行高温烧结，烧