水熱合成PZT水熱合成的應用鈦酸鋇粉體良好的光催化活性的納米TiO2粉體鐵酸鑭(LaFeO_3)三維立方體（對CO表現出良好的氣敏性能。）氧化硅晶體2023/2/72PZT(鋯鈦酸鉛)：其中P是鉛元素Pb的縮寫，Z是鋯元素Zr的縮寫，T是鈦元素Ti的縮寫。

PZT是PbZrO3和PbTiO3的固溶體，具有鈣鈦礦型結構。PbTiO3和PbZrO3是鐵電體和反鐵電體的典型代表，因為Zr和Ti屬于同一副族，PbTiO3和PbZrO3具有相似的空間點陣形式，但兩者的宏觀特性卻有很大的差異，鈦酸鉛為鐵電體，其居里溫度為492℃，而鋯酸鉛卻是反鐵電體，居里溫度為232℃，如此大的差異引起了人們的廣泛關注。研究PbTiO3和PbZrO3的固溶體后發現PZT具有比其它鐵電體更優良的壓電和介電性能，PZT以及摻雜的PZT系列鐵電陶瓷成為近些年研究的焦點。

2023/2/73

在水熱合成PZT納米粉體工藝中，常用的原料

主要有硝酸鹽、氯化物、氧氯化物、醋酸鹽、氫氧化物等。其制備工藝過程可分為3個步驟。

1.反應前驅體的制備

由原材料(如硝酸鉛、氧氯化鋯、四氯化鈦等).按比例配制反應前驅體，在前驅物中加入適量的強堿(NaOH或KOH)作為礦化劑，來調節反應溶液的酸堿度。2.水熱反應

將配制好的前驅體裝入反應釜中，裝滿度控制

在80%左右，通過自動控制儀來控制合適的反應溫

度與壓力以及反應時間，使反應進行。2023/2/74

3.粉體后期處理

水熱反應完畢后，控制溫度與壓力快速降為常態后，開釜取出納米粉漿體，進行過濾、洗滌、干燥等處理，即得所需的PZT納米多晶粉體。2023/2/75

水熱合成PZT納米粉體的機制通常有兩種：

1.溶解/沉淀機制：當懸浮在溶液中的反應物粒子被溶解在溶液中，形成過飽和溶液相，過飽和粒子相互作用生成PZT晶核，晶核在懸浮液中相互碰撞，小的晶核逐漸溶解，大的晶核慢慢長大，大到一定程度就從溶液中沉淀出來。這一過程的反應驅動力是反應物在溶液介質中溶解度的不同。由于反應物在水溶液中并不是完全溶解，因此需加入適量強堿作為礦化劑來提高反應物在水溶液中的溶解度。2023/2/76

2.原位化合機制：在溶液中加入適量的強堿作為礦化劑，溶液中的反應物水解后，Ti和Zr的水合離子隨著溶液的濃縮，優先形成,Ti—O—Ti和Zr—O—Zr的聯結體，而Pb離子由于保持了規則的幾何的形狀，因此沒有參與Ti和Zr的水合離子的聯結。但Pb卻隨機地占據了無定形Ti和Zr凝膠體中的位置。在水熱條件下，PZT晶核最可能通過原位化合機制形成，與Ti和Zr凝膠體不成一體化的Pb元素，在凝膠體中做相對移動，最后形成鈣鈦礦結構的長程有序物。在這過程中礦化劑的作用，可被認為是起模板作用，而在水熱處理過程促使Ti—O—Ti和Zr—O—Zr的聯結體的破裂，從而形成PZT納米陶瓷粉體，形成粉體的化學成分是由凝膠體的化學成分所決定的。礦化劑陽離子的半徑越小，越容易進入凝膠體的內部，促使凝膠體破裂2023/2/77

在整個PZT粉體合成工藝過程中，主要影響因素及其表征：

1.堿度（溫度與其共同作用，溫度高，堿度可以低一些。溫度一般在150攝氏度左右）：由圖可知,0.5、1和2mol/L堿度條件下水熱反應得到的粉體均具有鈣鈦礦結構,而在過低堿度(0.2mol/L)和過高堿度(4mol/L)的條件下均沒有明顯晶相的生成.不同堿度下所得的產物的XRD圖2023/2/78不同堿度下的SEM照片2023/2/79

2.反應時間：由圖可知，當反應時間較短(0.5h),產物的結晶度很低,但結晶產物為PZT晶體,沒有其它結晶雜相出現.隨著反應時間的延長,PZT結晶度逐漸增強.當反應時間達到4h時,XRD衍射峰強基本達到最大,繼續延長反應時間,產物(101)峰位衍射峰強無明顯變化,這說明反應時間達到4h后,PZT基本結晶完全,繼續延長反應時間對產物結晶總量

影響不大.不同時間下的XRD圖2023/2/710

不同時間下的SEM照片2023/2/711

3.Pb過量的程度：當Pb過量20%時比低于20%時峰強增強，當過量40%時就會出現雜相。（然而不同的堿度下,Pb過量的影響程度也不同，下圖堿度為0.5mol/L.想要得到好的晶型，堿度越大，Pb過量應該越多。但是都是有限度的，直到出現雜相為止。）不同Pb過量度條件下所得產物的XRD圖譜2023/2/712不同Pb過量程度條件下所得產物的SEM照片2023/2/7131.在眾多濕法制備PZT納米粉體的方法中，水熱法真正實現了低溫合成。2.低溫制備條件能有效地減少揮發性物質的揮發，能保證反應生成物的化學計量比，保證高純度納米多晶粉的生成；低溫環境可有效地避免傳統固態反應或沉淀法預處理過程中粉體的過度團聚；低溫條件還有利于節約能源，降低成本。3.封閉的反應裝置，使過剩的化學物質可以回收再利用，從而實現環保的良性循環。4.水熱法合成的PZT納米粉體具有很好的反應活性，不需要預燒，可直接燒結制備PZT陶瓷。這一點對于制備高質量、性能穩定的PZT壓電陶瓷特別重要。2023/2/7145.水熱合成所使用的氧化物、氯化物原料相對于有機醇鹽來講較為便宜。6.水熱合成法提供了成本低、規模大、重復性較好、生產高質量PZT納米粉體的技術。7.所得的產物純度高，分散性好、粒度易控制。2023/2/715

1.李濤,彭同江,鋯鈦酸鉛納米陶瓷粉體的水熱合成技術[J].納米材料與納米科技,2004（2）.參考文獻：

2.朱孔軍,朱仁強,董娜娜,顧洪匯,裘進浩,季宏麗,PZT陶瓷粉體的水熱合成[J].無機材料學報,2012，27（5）.

3.LiuHaitao,CaoMaosheng,ZhouYongqiang,LiangXiaojuan,LiLongtu,HydrothermalSynthesisandCharacteriz