铝酸镧的应用

概述^[1-2]

铝酸镧属于钙钛矿结构的ＡＢＯ３化合物，具有介电常数小，介电损耗低，晶格匹配好，热膨胀系数小，化学稳定性好，能隙宽，比表面积大，有一定的活性，热稳定性好，被广泛的应用于催化材料，衬底材料，高温超导薄膜基片，合成微波介质陶瓷材料，高温燃料电池，微波介电谐振器等方面。目前，用来制备纳米铝酸镧的方法很多，其中较常用的有：燃烧合成法，共沉淀法，溶胶凝胶法，醇盐水解法。在这些方法中燃烧法具有明显的优势。它是利用金属硝酸盐和燃烧剂反应，在达到点火温度后自发燃烧，实现原位氧化，随着燃烧波的推动，反应物迅速转变为最终产物，这大大的缩短了实验周期。而且所得到的产物分布均匀，纯度高，产物活性高。

结构^[3]

室温时，铝酸镧属于三方晶系(对称群R3c)，是立方相中AlO6八面体绕一个三次轴旋转角度ф形成的。当温度升高时，铝酸镧进入立方晶系，对称群为Pm3m，由于AlO6八面体旋转导致晶胞体积加倍，以此R3c结构中的零点声子来自立方晶胞Brillouin区中Γ(0，0，0)和R(1/2，1/2，1/2)点的模，这一相变可由Brillouin区的软模来表示。图1.2和图1.3为铝酸镧结构球棍模型。

制备^[1-2]

铝酸镧的制备方法主要有：燃烧合成法、共沉淀法、均匀沉淀法、溶胶凝胶法、醇盐水解法和液相混合法。镧、铝的源材料一般为金属氧化物、无机盐或醇盐。

方法1：按不同摩尔配比，分别称取一定量的Ｌａ（ＮＯ３）３·６Ｈ２Ｏ，Ａｌ（ＮＯ３）３·９Ｈ２Ｏ以及Ｃ６Ｈ１４Ｏ６，将反应物置于烧杯中，分别加入１０ｍＬ去离子水溶于其中，用磁力搅拌器分别搅拌成均匀溶液，然后转入同一烧杯，继续搅拌至充分混合，缓慢滴加硝酸或氨水调节混合溶液的ｐＨ值，所得溶液即为前驱液。把前驱液转移到坩埚中，把坩埚放入马弗炉中加热，当温度足够高时，前驱液中溶剂逐渐蒸发，当达到点燃温度时，马弗炉中发生自蔓延燃烧反应，反应剧烈并伴随有大量烟雾生成，燃烧过程在几秒钟内结束，继续焙烧，充分反应后坩埚中得到蓬松状粉体。

方法2：一种结晶度高的纳米铝酸镧粉体的制备方法，该方法包括下述顺序的步骤：

(1)将摩尔质量比为1∶1的硝酸铝与硝酸镧在50～70℃的纯水中充分溶解，再加入络合剂和表面活性剂溶解，在温度为70～100℃条件下不断搅拌络合2～5小时；其中，所述络合剂与硝酸铝和硝酸镧摩尔质量比为0.5-2.0～0.5-1.0；表面活性剂的用量为硝酸铝和硝酸镧氧化物总量的5～15％；

(2)将络合好的混合溶液在300～450℃条件下爆炸分解0.5～1.5小时，制成粉体；

(3)将分解后的粉体在800～1000℃条件下焙烧2～4小时，即制得铝酸镧纳米粉体。

应用^[3]

铝酸镧作为一种新型的稀土材料，在电子器件、催化、高温燃料电池、陶瓷、污水处理、衬底材料等方面得到了广泛应用。具有钙钛矿结构的铝酸镧微粒作为一种新型的稀土微粒材料，在电子器件、催化、高温燃料电池、陶瓷、污水处理、衬底材料等方面得到了广泛应用。

铝酸镧属于钙钛矿结构的ABO3化合物，它具有良好的微波介电性能，并与高温超导、BST铁电薄膜等有良好的晶格匹配，因而被广泛地用作衬底材料。

铝酸镧单晶是当前最重要的工业化、大尺寸高温超导薄膜基片单晶材料。它与YBaCuO等高温超导材料晶格匹配好，介电常数较低，微波损耗小，因而适于制作高温超导微波电子器件，如远程通讯中的高温超导微波滤波器等，有巨大的现实及潜在的应用前景。目前有关铝酸镧单晶和掺质铝酸镧单晶的光谱性质研究，有分别掺Nd3+、Er3+、Eu3+和Ce3+的铝酸镧单晶的光谱研究报道。在硅基上生长铝酸镧薄膜，是当今国内外研究的热点一。用基于原子层控制异质外延技术，在硅基上实现了无界面层外延生长，制备出高介电常数的铝酸镧薄膜，降低了超薄高介电常数薄膜漏电流，解决了下一代场效应器件的关键技术之一。

铝酸镧有望代替二氧化硅，用来作为金属氧化物半导体场效应管器件新的栅介质，使半导体工业在器件尺寸缩小到纳米及以下时，继续遵从“摩尔定律”。纳米材料在结构、光电和化学性质等方面的诱人特征，引起物理学家、材料学家和化学家的浓厚兴趣。80年代初期纳米材料这一概念形成以后，世界各国对这种材料给予极大关注。它所具有的独特的物理和化学性质，使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。采用纳米粉体制备的晶体材料与传统晶体材料相比，具有纯度高，晶粒细，缺陷少等优点。

主要参考资料

[1] CN201110410336.1一种结晶度高的纳米铝酸镧粉体及其制备方法

[2] 燃烧法制备纳米铝酸镧及其表征

[3] 高性能铝酸镧粉体制备