Modul cursuri Metode de sinteză a unor materiale nanostructurate
2. Metoda sol-gel. Metoda Pechini. Proprietăţi şi aplicaţii
Conf. Dr. Daniela Berger Departamentul de Chimie anorganică, Chimie-fizică și
Electrochimie
Metoda sol-gel. Aspecte generale • Are la bază reacții de hidroliză și condensare ale precursorilor de tip alcoxizi
(M(OR)n R= -CH3 -CH2CH3 etc.) • Ebelman – 1846; Gefficken și Berger – în anii 1930 – filme subțiri de oxizi
metalici, utile la obținerea vitraliilor. Etape 1. Formarea unor soluții stabile de alcoxizi sau precursori metalici solvatați (solul). 2. Gelarea – are la bază reacții de policondensare sau poliesterificare ⇒ un gel
(molecule de alcool în punte). Viscozitatea amestecului de reacție crește foarte mult. se pot depune filme subțiri prin diferite metode
23.08.2012 Daniela Berger, U.P.B.
2
Metoda sol-gel. Aspecte generale 3. Îmbătrânirea gelului (sinereză) – critică (7 zile)
– Prin reacții de policondensare, gelul este transformat într-o masă solidă (contracția rețelei gelului prin îndepărtarea din pori a moleculelor de solvent).
– Maturarea de tip Ostwald poate apărarea odată cu sinereza. 4. Uscarea gelului – proces complicat
– Poate să determine modificarea profundă a rețelei gelului – (i) perioada de uscare cu viteză constantă – (ii) atingerea puctului critic – (iii) prima micșorare a vitezei de uscare – (iv) a doua micșorare a vitezei de uscare – Dacă uscarea are loc prin evaporare termică ⇒ xerogel (monolit) – Dacă uscarea are loc în condiții supercritice ⇒ aerogel
23.08.2012
Daniela Berger, U.P.B.
3
Metoda sol-gel. Aspecte generale
5. Deshidratarea gelului cu îndepărtarea grupărilor –OH superficiale (stabilizarea gelului față de rehidratare) – se realizează prin calcinare
6. Densificarea sau descompunerea gelului la temperaturi ridicate – se aplică în cazul preparării de ceramici dense sau sticle
23.08.2012 Daniela Berger, U.P.B. 4
Metoda sol-gel. Precursori • Precursorii trebuie să sufere reacții de hidroliză și condensare.
– Alcoxizi metalici – Cationi metalici solvatați – Compuși organometalici
• Modelul sarcinii parțiale – Livage et al.
unde δ i – sarcina parțială pe un atom, k – o constantă care este 1,36 în scală de electronegativitate Pauling, pi – coeficientul stoichiometric al atomului i, - electronegativitatea medie a sistemului, - coeficientul de electronegativitate.
23.08.2012 Daniela Berger, U.P.B. 5
∑∑ +
=−
=
iii
iii
i
ii p
kzp
k χ
χχ
χχχδ
/;)(
0
0
χ 0
iχ
Chimia sol-gel a alcoxizilor metalici • Prezența apei - inițiază reacția de hidroliză (SN)
– Cataliză acidă
23.08.2012 Daniela Berger, U.P.B. 6
Si
OH
H
OR
OR
OR
RO
H
Si
OR
OR
RO OH
+
OH
H
Si
OR
OR
ORROH
+
+ H++ ROH +
Cataliză bazică
În funcţie de raportul de hidroliză, n=νSi/νH2O – trebuie controlat – determină morfologia şi structura gelului precursor Si(OR)4 + nH2O →Si(OR)4-n(OH)n + nROH
Si
OR
Si
OR
OR
ORROHO -
HO
OR
OR
RO
Si
OR
OR
RO OH+ + RO-
-
Chimia sol-gel a alcoxizilor metalici • Reacţiile de condensare ale Si(OR)4-n(OH)n sunt catalizate atât de acizi, cât şi de
baze – Cataliză acidă
23.08.2012 Daniela Berger, U.P.B.
7
Si
OR
OR
RO OH Si
OR
OR
RO ORH
+ Si
OR
RO O Si
OR
OHR
RO
H OROR+
Si
OR
OR
RO O Si
OR
OR
OR + ROH
+
Si
OR
OR
ORRO H+ Si
OR
OR
RO OR
H++rapid
Si
OR
OR
RO H+ Si
OR
OR
RO OH
OHH
++rapid
Si
OR
OR
RO OH Si
OR
OR
RO O HH Si
OR
RO O Si
OR
OH
RO
H ORORH
++
+
Si
OR
OR
RO O Si
OR
OR
OR + HOH
Chimia sol-gel a alcoxizilor metalici Cataliză bazică
23.08.2012 Daniela Berger, U.P.B.
8
Si
OR
OR
RO Si
OR
OR
RO OOH HO -(R)
+ - + HOH(ROH)
Si
OR
OR
RO O Si
OR
OR
RO OH Si
OR
RO O Si
OR
O H
RO
OROR
- +
-
Si
OR
OR
RO O Si
OR
OR
OR + HO-
pH < 4; vhidroliză > vcond; n creşte, vcond. scade; ⇒ lanţuri polimerice interconectate rigide sau cu formare de punţi
pH bazic; vcond > vhidro; n creşte, vhidro creşte ⇒ geluri sub formă de aglomerate
Chimia sol-gel a alcoxizilor metalici
23.08.2012 Daniela Berger, U.P.B.
9
• Gradul de hidroliză,n, al precursorului, Si(OR)4-n(OH)n influențează structura gelului
• Natura și structura precursorului Deoarece grupările OH- marginale se elimină mai ușor decât -OR, procesul de condensare poate fi controlat în vederea formării dimeri sau aglomerate 3D. – Prin complexare – de ex. cu acac
particule de 5 nm lanțuri polimerice
Parametrii metodei sol-gel
26.07.2012 Daniela Berger, U.P.B. 10
gradul de hidroliză, n = νM/ νH2O utilizarea catalizatorilor folosirea unor liganzi pentru complexare natura solventului temperatura gradul de oligomerizare (complexitatea moleculară) a precursorilor gradul de nesaturare, N-z, unde N este cifra de coordinație obişnuită din
oxizi (N=6 pentru TiO2 şi SnO2, N=7 pentru ZrO2, N=8 pentru CeO2). Alcoxizi Electronegativitate N N-z
Si(OiPr)4 1,74 4 0
Sn(OiPr)4 1,89 6 2
Ti(OiPr)4 1,32 6 2
Zr(OiPr)4 1,29 7 3
Ce(OiPr)4 1,17 8 4
Controlul reactivităţii alcoxizilor
26.07.2012 Daniela Berger, U.P.B. 11
Rolul catalizatorilor influenţează atât viteza reacţiilor de hidroliză şi de condensare, cât şi structura
și morfologia produşilor condensaţi. Modificarea chimică prin complexare prin adăugare de agenţi de chelare ca: β-dicetone (cele mai bune), polioli sau
α- sau β-hidroxiacizi - se formează un nou precursor. M(OR)z +xR’OH → M(OR)z-x(OR’)x + xROH
TiCl4 + 2EtOH → TiCl2(OEt)2 + 2HCl
M(OR)N + xacac → M(OR)N-x(acac)x + x ROH (M = Ce, Ti, Zr, Sn etc.)
Chimia sol-gel a cationilor metalici în soluții apoase • Alcoxizii metalici au reactivitate mult mai mare decât Si(OR)4 ⇒ viteză de hidroliză M(OR)x mult mai mare. • Reactivitatea alcoxizilor scade în ordinea:
Si(OR)4 <<< Sn(OR)4 << Ti(OR)4 < Zr(OR)4 < Ce(OR)4. • Gradul de nesaturare, N-z, este parametrul cel mai important în aprecierea
reactivităţii chimice a alcoxizilor. • Ionii metalelor tranziționale pot lega moleculele de apă prin legături coordinative: Mz+ + hH2O → [M(OH2)h]z+
– în funcție de pH, au loc reacții de deprotonare [M(OH2)h]z+ ↔ [M-OH](z-1)+ + 2H+ ↔ [M=O] (z-2)+ + 2H+
23.08.2012 Daniela Berger, U.P.B. 12
Chimia sol-gel a cationilor metalici în soluții apoase • Natura precursorului depinde de:
– sarcina cationului metalic, z – cifra de coordinație, N – electronegativitatea metalului – pH-ul mediului de reacţie. – posibilitatea stabilizării în câmp a liganzilor.
Echilibrul hidrolizei cationilor metalici în funcție de pH și sarcină
Reacţiile de hidroliză - condensare suferite de alcoxizii, M(OR)4 (M=Ti, Sn, Zr, Ce), dizolvaţi într-un solvent pot conduce la precipitarea polimerilor în solventului.
Pentru a se obţine geluri de tip polimer gonflat cu molecule de solvent şi din care se pot prepara uşor fibre, filme, structuri monolitice, este necesar un control al reactivităţii alcoxizilor. Mărirea cifrei de coordinaţíe - apare de obicei prin solvatare sau prin formare de punţi alcoxi. (ex: specii dimere solvatate de tipul [Zr(OH)4·ROH]2 în soluţie alcoolică, oligomeri de tipul [Zr(OR)4]n , n ≤ 4 în ciclohexan).
23.08.2012 Daniela Berger, U.P.B. 13
Chimia sol-gel a cationilor metalici în soluții apoase • Reacții de condensare a ionilor metalici hidrolizați
– Când ionul metalic este nesaturat dpdv coordinativ, N < z, reacţiile de condensare au loc prin SN
– Când ionul metalic este saturat dpdv coordinativ, N> z, reacţiile de
condensare au loc prin AN
– Important - caracterul nucleofil al liganzilor: Liganzii oxo sunt buni nucleofili, dar se îndepărtează greu, liganzii aqua se elimină uşor, dar sunt nucleofili slabi, liganzii hidroxo sunt cei mai potriviţi.
– ⇒ ca reacţiile de condensare să aibă loc trebuie să existe liganzi hidroxo (care depinde de pH şi δ+).
23.08.2012 Daniela Berger, U.P.B. 14
M-OX + M'-OY M O M'
X
OY+_
M-OX + M'-OY M O M'
X
OY
Chimia sol-gel a cationilor metalici în soluții apoase
23.08.2012 Daniela Berger, U.P.B.
15
Olarea - reprezintă o reacţie de condensare între doi atomi metalici cu formare de punţi hidroxo.
În cazul aqua-hidroxo precursorilor saturaţi dpdv coordinativ, olarea are loc prin SN.
Are loc cu eliminare de apă, cinetica depinde de disocierea aqua-liganzilor depinde de: raza, electronegativitatea şi configuraţia ionului metalic.
Viteza reacţiilor de olare este mai mare când sarcina este mai mică şi raza metalului mai mare.
MOH
M
MOH
MM
MOH
OM
OM
δ+M - OH2
δ−+ + H2O
H2O + M - OH2 HO
δ−
δ−
δ+δ+ δ+ δ+
H
H
+ 2 H2O
M-OH + M - OH2 M - OH - M + H2O δ− δ+ δ+
Chimia sol-gel a cationilor metalici în soluții apoase
23.08.2012 Daniela Berger, U.P.B.
16
Oxolarea - reprezintă o reacţie de condensare care conduce la formarea de punţi oxo între doi centri metalici.
Dacă metalul nu are coordinarea maximă satisfăcută, oxolarea are loc prin AN, cu viteză mare
Se formează poliedre cu feţe centrate sau cu muchii comune. N-z<0
M OH + M OH M O M
H
OH
M O M
H OH
M O M HOH+
Cataliză bazică
Cataliză acidă
Olarea are loc preferenţial în cazul aquahidroxo speciilor care elimină uşor apă. Oxolarea are loc pe un domeniu mai larg de pH, dar cinetica este mai lentă şi etapa determinantă de viteză nu este niciodată difuzia.
Chimia sol-gel a cationilor metalici în soluții apoase
23.08.2012 Daniela Berger, U.P.B.
17
Rolul anionului provenit din sărurilor anorganice dizolvate în apă. pot să coordineze la atomii metalici influenţează morfologia şi stabilităţii particulelor.
Ex. - anionii sulfat pot rămâne coordinaţi la metal în reacţiile de condensare (ca liganzi terminali sau în punte).
Rolul solventului Solvenţii nepolari determină viteze de hidroliză mici şi formarea de geluri clare. Solvenţii polari favorizează reacţiile de hidroliză, coordinarea fiind satisfăcută prin
solvatare şi conduc la precipitare. Pentru specii reactive (de exemplu, Mg(OEt)2) – se preferă solvenți organici uscați
și introducerea unei cantități de apă stoichiometrică.
Structura produșilor condensați • Structura produşilor condensaţi depinde de: vitezele relative a 4 reacţii: hidroliza, oxolarea, alcoxolarea şi olarea.
depind de: natura atomului metalic, a grupării alchil şi a complexităţii moleculare (gradul de oligomerizare)
parametrii externi: alegerea catalizatorului solventul temperatură concentraţie.
Structuri propuse de Livage pentru A = Ti7O4(OEt)20; B =Nb8O10(OEt)20; C=Zr13O8(OMe)36
C.J. Brinker, G.W. Scherrer, Sol-gel Science. The physics and Chemistry of Sol-gel processing, Academic Press, Boston, 1990
23.08.2012 Daniela Berger, U.P.B.
18
Structura produșilor condensați Rolul grupărilor alchil din alcoxizi
– Reacția de modificare cu un alt alcool Ex. Ti(OiPr)4-x(OAmt)x - gruparea -OAmt mai puţin electronegativă decât OiPr,
preferenţial hidrolizează liganzii OAmt ⇒ o gelare rapidă. Se împiedică precipitarea hidroxo- şi oxohidroxo speciilor.
Modificarea prin complexare Comportarea la hidroliză şi condensare a precursorului modificat depinde de
stabilitatea liganzilor. Precursorii substituiţi cu liganzi stabili conduc la produşi de reacţie mai puţin
condensaţi şi este favorizată gelarea.
C.J. Brinker, G.W. Scherrer, Sol-gel Science. The physics and Chemistry of Sol-gel processing, Academic Press, Boston, 1990
23.08.2012 Daniela Berger, U.P.B.
19
Ti(OC3H7)4 TiO O
H3CH
CH3
OCH(CH3)2(CH3)2CHO
CH3
O O
H3C
H
+ acac2
Aerogeluri • Aerogelurile s-au obţinut pentru prima dată în anii ’30 de către Kistler care a
utilizat uscarea în condiţii supracritice pentru a înlocui faza lichidă dintr-un gel umed, cu aer.
• Prin uscarea în condiții supracritice, nu apar forțe capilare și atât reţeaua solidă, cât şi cea a porilor se conservă .
• În anii ’60, Teichner şi Nicolaon au obţinut aerogeluri prin metoda sol-gel. • Se poate controla procesarea gelului ⇒ controlul morfologiei. • Ca “formatorii de reţea”, cei mai importanți sunt M(OR)n (M = Al, Si, Ti, V, Cr,
Mo, W etc.)
23.08.2012 Daniela Berger, U.P.B. 20
Aplicații ale aerogelurilor • Aerogelurile sunt nanomateriale mezoporoase cu densitate mică și SBET
foarte mare • Aerogelurile de oxizi conductori electrici aplicaţii potenţiale în
electrochimie (baterii, supercapacitori, pile de combustie, senzori)
23.08.2012 Daniela Berger, U.P.B. 21
La aerogelurile obținute prin metoda sol-gel se pot controla parametrii ce influenţează procesul electrochimic:
- minimizarea distanţei în care are loc difuzia în solid - transportul ionilor etc.
1. D. R. Rolison, B. Dunn, J. Mater. Chem. 11 (2001) 963-980. 2. J.W. Long et al., Electrochem. Solid State Lett. 3 (2000) 453-456.
Sinterizarea gelului • Rețeaua de pori se distruge, speciile organice sunt îndepărtate. • Este o etapă critică care influențează morfologia produsului final. • Viteza de contracție a gelului amorf, ε este dată de relația:
γSV - energia superficială a gelului, η, viscozitatea, N, numărul de pori pe unitatea de volum
23.08.2012 Daniela Berger, U.P.B.
22
ηγε
3 NSV=
Controlul morfologiei – structura precursorului Structura gelului poate fi influențată prin controlul reacțiilor chimice de hidroliză și
condensare pe care le suferă alcoxizii metalici. Acestea trebuie conduse astfel încât să se formeze fie precursori polimerici cu
structuri 3D sau sub formă de particule cu interconectare minimă.
Controlul morfologiei • Exemplu – V2O5
NaVO3 solvatat ⇒ [V4O13]-13 se transformă în H3VO4
În soluție apoasă OV(OH)3 ⋅2H2O NC=6 (Oh) - pe axa z – condensarea este restricționată
- condensarea pe axa y – prin olare este foarte rapidă ⇒ lanțuri octaedrice (Oh cu un atom comun)
- condensarea pe axa x – prin oxolare - lentă ⇒ Oh cu muchii comune) - rezultă lanțuri de tip panglică. Calcinarea unui aerogel sau xerogel determină îmbunătățirea cristalinității, dar
conduce și la aglomerări. - Condițiile trebuie să fie blânde.
23.08.2012 Daniela Berger, U.P.B.
23
VOH
HO
HO
O
OH2
OH2
Metoda sol-gel Avantaje • Suprafeţe specifice mari, porozitate ridicată • omogenitate bună • temperaturi joase de obţinere ⇒ consum energetic redus • lipsa unor procese de cristalizare nedorite (extinderea domeniului în care se
pot forma sticle prin evitarea unor fenomene de cristalizare nedorite) • obţinerea de filme cu proprietăţi speciale. Dezavantaje • cost ridicat al materiilor prime • contracţia care apare în timpul procesării • porii fini, reziduali • grupe hidroxil şi/sau carbon reziduale • lucrul cu soluţii organice care pot fi toxice • durată de procesare mare.
23.08.2012 Daniela Berger, U.P.B.
24
Metoda sol-gel. Aplicații • Obținerea de pulberi oxidice ceramici dense, sticle, filme • Prin imersare sau centrifugare se pot obţine rapid filme subţiri (cu grosime < 1 µm).
În cazul filmelor, nu se poate vorbi de dezavantaje. • Prepararea unor nanocompozite (structuri de tip core-shell) sinteza unor acoperiri, în special de SiO2 (ex. Au-SiO2, ZnxNi1-xFe2O4 particule înglobate în SiO2 etc.) • Xing et al. – ZnO-BN și TiO2-BN (sinteză în etanol) – structuri core-shell (particule
de oxid încapsulate în BN H3BO3 + CO(NH2)2 → BN + H2O + CO • Sinteza de materiale anorganice: carburi, nitruri, sulfuri în mediu aprotic, în
atmosferă inertă – Ex: TiN se obține prin descompunerea termică la 1000°C, în prezență de C ce
rezultă din CH3CN a unui precursor obținut dinTi(OC3H7)4 + N2H4 în CH3CN
23.08.2012
25
B.L. Cushing et al., Chem.Rev. 104 (2004) 3893-3946.
Daniela Berger, U.P.B.
Metoda sol-gel. Aplicații • Neiderberger et al. – obţinere de compuşi cristalini fără etapă de calcinare prin
reacţii sol-gel în mediu nehidrolitic din cloruri metalice în alcool benzilic.
H+
(OCH2C6H5)MCl4-x (OCH2C6H5)MCl4-xH
x x
+
(OCH2C6H5)MCl4-x xO OR
HR
MCl4-x MCl4-x+
MCl4(OCH2C6H5)MCl4-xH
x
+MCl4-x O
R
-x+lent
- se controlează dimensiunea particulelor (oxizi cu particule de 4-8 nm) prin varierea temperaturii şi a concentraţiei reactanţilor.
Liu et al. - influenţa iradierii cu UV în obţinerea TiO2 din Ti(OiPr)4 Razele UV determină creşterea concentraţiei de defecte în TiO2 amorf care favorizează obţinerea anatasului la 100°C.
M. Neiderberger et al., Chem. Mater. 2002, 14,4364 23.08.2012
Daniela Berger, U.P.B.
26
23/08/2012 27
Metoda Pechini. Aspecte generale • Constă în formarea de chelați metalici cu un acid organic policarboxilic, în
special acid citric. • Etilen glicol – stabilește legăturile dintre chelați prin poliesterificare cu
formarea unui gel .
Precursor de tip rășină
Polimerizare la 135°C
Gel obținut prin poliesterificare B.L. Cushing et al., Chem.Rev. 104 (2004) 3893-3946.
CH2-COOH
HO - C - COOH
CH2-COOH
HO - CH2CH2 - OH
CH2-COOH
HO - C - COOCH2CH2OH
CH2-COOH
OH2+ +
Daniela Berger, U.P.B.
23/08/2012 28
Metoda Pechini. Aspecte generale • Acizi policarboxilici: acid citric, EDTA, acid oxalic
– EDTA - capacitate de a lega cationii metalici, aceasta crește cu pH, dar formează chelați și la pH < 4.
– Reacția de poliesterificare necesară pentru formarea gelului are loc în cataliză acidă.
– Acidul oxalic - pentru scăderea temperaturii de descompunere termică – Alcoolii polimerici (PVA sau PAA) pot fi utilizați pentru mărirea viscozității
amestecului de reacție și pentru formarea unui precursor polimeric. Pot fi utilizați și ca agenți de chelare a ionilor metalici.
• Nu este nevoie de etapa de polimerizare. • În general se formează produși cu cristalite mari cu morfologii neregulate. • Se aplică doar la obținerea oxizilor, ceramici, filme.
B.L. Cushing et al., Chem.Rev. 104 (2004) 3893-3946.
Daniela Berger, U.P.B.
23/08/2012 29
Metoda Pechini • Avantaje
– Flexibilitate – Posibilitatea de a obține o varietate mare de sisteme oxidice – Se pot utiliza diferiți precursori metalici (alcoxizi, azotați, cloruri, carbonați sau
chiar oxizi); – Elimină restricțiile legate de condițiile în care sunt stabili hidroxo complecșii.
Prin chelare se formează specii stabile într-un domeniu larg de pH. – Posibilitatea introducerii unui conținut ridicat de dopant (în special metale
alcalino-pământoase) fără a crește temperatura tratamentului termic. – Omogenitate compozițională.
• Dezavantaje – Timp de reacție lung – Nu se poate controla morfologia pulberilor oxidice – Cantități mari de gaze care se degajă (unele toxice).
Daniela Berger, U.P.B.
23/08/2012 30
Metoda Pechini modificată. Exemple Alcoxid /
Amestec de azotați metalici C6H8O7 (s) Etilen glicol
Precursor de tip carbonat (s)
Amestecare sub agitare magnetica (60oC/ 2h)
Solutie (1)
Gel
Poliesterificare (135oC/24h)
Precursor tip citrat
Tratament termic (850o-950oC)
Arderea grupărilor organice ( 350oC/2h)
Mojarare
Încălzire sub agitare magnetică ( 80oC/2h)
Pulberi oxidice
C6H8O7(aq) 4M
Soluție (2)
C6H8O7 : C2H4O2 = 1:10 •Pentru Ba1-xSrxTiO3
Ti(OC3H7)4, BaCO3, SrCO3 • Pentru BaTi1-yZryO3
Ti(OC3H7)4, Zr(OC3H7)4, BaCO3
• Pentru La0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O3
azotații metalici corespunzători
Daniela Berger, U.P.B.
23/08/2012 31
Metoda Pechini modificată. Exemple • La0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O3 – cathode material for IT-SOFC
10 20 30 40 50 60 70 800
1000
2000
CCCC 400°C, 2h
2θ (Cu-Kα)
LSFC Modified Pechini method
C
0
1000
2000
3000
750°C,3h
850°C,3h
Inte
sity
(a.u
.)
0
2000
40000
2000
4000C - SrCO3
950°C,3h
LSFC powder obtained at (a) 850°C, 3h; (b) 950 °C, 5h
LSFC – modified Pechini method
Thermal treatment conditions
D (nm)
750 °C, 3h 19 850 °C, 3h 25 950 °C, 3h 36 950 °C, 5h 42
a b
XDR data Daniela Berger, U.P.B.
23/08/2012 32
Metoda Pechini modificată. Exemple Caracterizarea nanopulberilor de BaTiO3
BaTiO3 powder obtained at 850 oC/2h
SEM – agregate parțial sinterizate, mari, ~120–130 nm, de dimensiuni neuniforme.
nanoparticule cu dimensiune medie de 44 nm (TEM)
cristalit (D=43 nm) – din XRD.
20 30 40 50 60 70 80
850°C, 2h
750°C, 2h
ooo
o
ooo
o
2θ / CuKα (degrees)
Inte
nsity
(a.u
.)
(100
)
(110
)
(111
)
(200
)
(210
) (211
)
(220
)
(221
)
(310
)
(311
)
o
BaCO3 - witheriteTiO2 - rutile
650°C, 2h
BTO nanopowder - Pechini method
A. Ianculescu, D. Berger, et.al. J. Electroceram. (2010) 24:46–50
Daniela Berger, U.P.B.
23/08/2012 33
Metoda Pechini modificată. Exemple Ceramica BTO ceramică densă distribuție bimodală a granulelor granule fațetate, poliedrice granule mari de ~ 9 µm și unele mici de~3.5 µm. permitivitate relativă ridicată de 6478 și pierderi dielectrice mici (tanδ=0.012) la temperatura camerei, măsurată la 1 kHz. performanțe bune ale ceramicii BTO obținută prin metoda Pechini modificată (densă și fără pori intergranulari).
Imaginea SEM a ceramicii BTO ceramic sinterizată la 1300°C, 3h
A. Ianculescu, D. Berger, et.al. J. Electroceram. (2010) 24:46–50
20 40 60 80 100 120 140 160 1800
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.10
Oxalate route Pechini route
Rela
tive
perm
ittiv
ity, ε
r
Temperature (oC)
5088 Dielectric losses, tan δ
6478(127°C)
(130°C)
Permitivitatea relativă și pierderile dielectriceîn funcție de temperatură
Daniela Berger, U.P.B.
Metoda Pechini modificată. Exemple
• BaCeO3 – metoda Pechini (CA+EG) la 800°C – particule ~100 nm • Supraconductorii de tip (Tl0.6Pb0.2Bi0.2)Sr4-xCaxCu3Oy – obținuți din precursori de tip gel pe bază de acid oxalic la 940°C.
• LiMn2-xCrxO4 – catod pentru bateriile cu litiu – obținut printr-o metodă de tip Pechini – PVA drept agent de chelare
– 500° - 900°C – particule de 25-90 nm sub formă de aglomerate • NiFe2O4 – s-a obținut la 300°C în prezența PAA (acid poliacrilic) ca agent de chelare.
23.08.2012 Daniela Berger, U.P.B. 34
B.L. Cushing et al., Chem.Rev. 104 (2004) 3893-3946.