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一种钛酸钠/二氧化钛微米花复合材料及其制备方法和应用

来源：花匠小妙招时间：2025-05-11 08:01

本发明涉及复合材料，具体涉及一种na2ti2o5·h2o/tio2微米花复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、钛酸钠的物化稳定性好，应用领域广泛，包括压电陶瓷、二次电池和传感器等。钛酸钠的结构变体较多，如na2ti2o5·h2o、na2ti3o7和na2ti4o9等。钛酸钠纳米材料的特点是比表面积大、活性位密度高和量子电场结构，从而能够引起载流子输运发生变化。钛酸钠的碱性基团na-o键能增强表面碱度提高亲水性，较大的比表面积为水分子吸附提供更多活性位点，这些优势都为钛酸钠纳米材料的湿敏应用创造了条件。与之对比，陶瓷类氧化物，比如二氧化钛具有结构稳定，响应迅速和灵敏度高等优势(sen.actuators b chem.,2016,228,416–442)，但其发展仍然受到制备复杂和综合性能不佳等限制。因此，开发性能优异的钛酸钠/二氧化钛复合材料用于湿度检测意义重大。

技术实现思路

1、针对目前钛酸钠材料在湿敏应用方面种类较少及综合性能有待改善的问题，本发明的目的在于提供一种na2ti2o5·h2o/tio2微米花复合材料及其制备方法和应用。

2、为了解决上述技术问题，本发明第一方面的目的是，提供一种钛酸钠/二氧化钛微米花复合材料，其成分特征为包含na2ti2o5·h2o和tio2两相。

3、所述的na2ti2o5·h2o/tio2微米花复合材料具有如下形貌特征：纳米片堆积而成的花状结构，所述纳米片的边长大约300nm，厚度大约30nm；所述微米花的直径大约2μm；所述微米花中形成介孔，平均孔径为8.65nm；所述微米花的比表面积为99.88m2/g。

4、本发明第二方面的目的是，提供一种上述na2ti2o5·h2o/tio2微米花复合材料的制备方法。

5、本发明所述的na2ti2o5·h2o/tio2微米花复合材料的制备方法，包括以下步骤：

6、步骤1，称取0.1-0.5g tio2(p25)放在50ml烧杯中，加入浓度为5-20mol/l的naoh溶液30-50ml，将两者混合并搅拌0.2-1h后获得悬浊液。

7、步骤2，将步骤1中所得悬浊液加入50ml聚四氟乙烯作为内衬的水热釜，密封，在80-200℃下保温10-30min，自然冷却到室温。

8、步骤3，将步骤2中所得混合物离心，得到白色固体，用去离子水洗涤3次，最后在烘箱内60-100℃下干燥8-24h得到na2ti2o5·h2o/tio2微米花复合材料。

9、本发明第三方面的目的是，提供本发明上述na2ti2o5·h2o/tio2微米花复合材料作为湿敏材料在电化学阻抗型湿敏传感器中的应用。

10、进一步的，所述的应用中，在电压为1v、频率为100hz的交流电下，所述的na2ti2o5·h2o/tio2微米花复合材料在11％、33％、54％、75％、85％和97％的相对湿度(rh)时，该材料阻抗的平均数分别依次为564.65mω、290.75mω、26.34mω、0.09mω、0.04mω和0.02mω，阻抗变化超过四个数量级(2.82×104)。

11、进一步的，所述的应用中，当相对湿度由11％升高至97％时，所述材料响应时间的平均值为1s；当相对湿度由97％降低至11％时，所述材料恢复时间的平均值为103s。

12、本发明的有益效果如下：

13、本发明通过一步水热法直接制备了na2ti2o5·h2o/tio2微米花复合材料。本发明的制备方法成本低廉，操作简单，合成时间短，并且得到的产品纯度高，结晶性好。通过湿敏传感性能测试，na2ti2o5·h2o/tio2微米花复合材料表现出超快的响应时间(1s)和超高的响应值(>104)。上述制备与性能的优势将使该na2ti2o5·h2o/tio2微米花复合材料具有较强的实践价值与广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种钛酸钠/二氧化钛微米花复合材料，其特征在于：该复合材料的成分特征为包含na2ti2o5·h2o和tio2两相；

2.权利要求1所述钛酸钠/二氧化钛微米花复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：

4.权利要求1所述钛酸钠/二氧化钛微米花复合材料的应用，其特征在于，所述na2ti2o5·h2o/tio2微米花复合材料作为湿敏材料在电化学阻抗型湿敏传感器中的应用。

5.如权利要求4所述的应用，其特征在于，在电压为1v、频率为102hz的交流电下，所述na2ti2o5·h2o/tio2微米花复合材料在11％、33％、54％、75％、85％和97％的相对湿度时，该材料阻抗的平均值分别依次为564.65mω、290.75mω、26.34mω、0.09mω、0.04mω和0.02mω，阻抗变化超过四个数量级(2.82×104)。

6.如权利要求4所述的应用，其特征在于，当相对湿度由11％升高至97％时，材料响应时间的平均值为1s；当相对湿度由97％降低至11％时，材料恢复时间的平均值为103s。

技术总结
本发明公开了一种钛酸钠/二氧化钛微米花复合材料及其制备方法和应用，涉及复合材料技术领域。该微米花复合材料包含Na<subgt;2</subgt;Ti<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;·H<subgt;2</subgt;O和TiO<subgt;2</subgt;两相，形貌是纳米片堆积而成的花状结构，具有丰富的介孔和较大的比表面积。随着相对湿度变化，该复合材料的阻抗发生快速灵敏的响应，说明其可以作为一种性能优异的湿敏材料。本发明的复合材料在湿敏传感器等电化学传感领域具有广阔的应用前景。该复合材料以P25和NaOH溶液为原料，水热后经过洗涤干燥得到大量白色粉末。本发明制备的材料纯度高，稳定性好，并且制备方法具有操作简单，易工业放大，工艺成本低廉等优点。

技术研发人员：别利剑,朱思高,张乐喜,崔玥
受保护的技术使用者：天津理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/17