Bi0.5Na0.5TiO3基无铅压电陶瓷的研究进展

随着经济的发展和人们环保意识的增强,无铅压电陶瓷的研究和开发越来越引起人们的重视.由于钛酸铋钠(Bi0.5Na0.5TiO3,简称为BNT)基无铅压电陶瓷具有良好的铁电性和高的剩余极化引起了广大学者的关注.本文分析了BNT基无铅压电陶瓷的研究进展,其中晶粒取向生长技术是提高其压电性能的一个重要途径.本文还介绍了一种溶剂热法制备织构化BNT基无铅压电陶瓷的方法.     

水热法制备Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3陶瓷及其性能

以五水硝酸铋(Bi(NO_3)_3·5H_2O)和二氧化钛(TiO_2)为原料,氢氧化钠(NaOH)为矿化剂,采用水热法合成了具有钙钛矿结构的钛酸铋钠Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3(BNT)无铅压电陶瓷粉体和陶瓷。利用X射线衍射仪(XRD)对产物晶体结构进行表征,用扫描电镜(SEM)观察产物粉体的表观形貌和粒径,并测试了陶瓷的电性能。结果表明,在200℃反应4h,NaOH浓度为6 mol/L,可以水热合成出单一晶相,粒径约为200nm的BNT粉体,用此粉体在1130℃烧结的陶瓷的介电常数ε_r=385.26,压电系数d_(33)=98cP/N。     

水热法制备(Na0.82K0.18)0.5Bi0.5TiO3陶瓷粉体及其介电性能研究

以NaNO3,KNO3,Bi(NO3)3·5H2O和Ti(OC4H9)4为原料,NaOH为矿化剂,采用水热法成功制备了(Na0.82K0.18)0.5Bi0.5TiO3 (NKBT)粉体.研究了反应温度、反应时间和NaOH浓度对NKBT粉体制备的影响.运用XRD、SEM对制备的NKBT粉体进行了测试.测试结果显示,通过调整水热反应条件可对NKBT粉体的微观形貌进行控制.采用传统烧结法可将水热法制备的NKBT粉体烧结为致密的NKBT陶瓷.     

温度对溶胶-凝胶法制备Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3粉体X射线衍射特征的影响

作为一种主要的无铅压电陶瓷材料,Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3(BNT)是一种优良的候选材料.以钛酸四丁酯、五水硝酸铋和无水乙酸钠为原料,用溶胶-凝胶法制备出清澈透明的BNT凝胶;BNT干凝胶经煅烧可得到BNT细粉.XRD谱线表明,其中主要含有杂相Bi_(12)TiO_(20).随着温度的升高,杂相的强度逐渐降低;同时,由于温度的升高,BNT粉体的晶粒增大.XRD指标化后的结果表明,BNT粉体的(101)晶面的原子排列的有序度较好.     

反应温度对钼酸铋粉体形貌和可见光催化性能的影响

以(NH4)6Mo7O24·4H2O和Bi(NO3)3·5H2O为原料,采用水热法在100~200℃反应16 h制备了Bi2Mo O6粉体。研究了反应温度对Bi2Mo O6粉体的相结构、形貌和可见光催化性能的影响。结果表明:在100~200℃制备的样品均为斜方晶系的纯相Bi2Mo O6;样品的形貌均表现为不规则的片状结构,片状结构的尺寸随着反应温度的升高而逐渐增大。通过在可见光照射下降解初始浓度为5 mg/L的罗丹明B(Rh B)溶液的实验表明,160℃时制备的Bi2Mo O6粉体的光催化效果最好,光照50 min后Rh B溶液的降解率可达到85%。     

溶胶-凝胶法制备BaTiO_3-Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3无铅PTCR陶瓷

新型高温无铅PTCR(Positive temperature coefficient of resistance)陶瓷是一种重要的功能材料。以BaC_4H_6O_4、Bi C_6H_9O_6、NaC_2H_3O_2、YC_6H_9O_6、C_(16)H_(36)O_4Ti为原料,通过溶胶-凝胶法制备了Y施主掺杂90mol%BaTiO_3-10mol%Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3(简写为90BT-10BNT)陶瓷粉体,并且在低温下烧结成无铅PTCR陶瓷。利用XRD测试了粉体的相结构,利用SEM观察了粉体的形貌,并且测试了PTCR陶瓷的介电温度谱和电阻温度特性。研究表明,溶胶-凝胶法制备的新型90BT-10BNT无铅PTCR陶瓷的居里温度达到了195℃,但电阻突跳不高,小于1个数量级。     

机械力化学法制备LiNi0.5Mn1.5O4粉体的研究

以Li2CO3,MnO2和Ni(OH)2·H2O为原料,采用机械力化学法制备锂离子层状结构正极材料LiNi0.5Mn1.5O4,采用X射线衍射,扫描电镜对其结构和形貌进行了表征.结果表明粉磨6 h可制备能在较低温度下发生固相反应的前驱体;前驱体于800℃煅烧6 h制备得到具有α-NaFeO2型层状有序结构的单相LiNi0.5Mn1.5O4.样品的首次放电容量为80 mAh·g-1.     

L-胱氨酸辅助合成硫化铋纳米棒

以Bi(NO3)3·5H2O和L-胱氨酸为反应原料,分别以N,N-二甲基甲酰胺(N,N-dimethylformamide,DMF)、蒸馏水-乙二醇(体积比为2:1)和蒸馏水为溶剂,采用溶剂热法在160℃下反应120h,得到了不同形貌的硫化铋(Bi2S3)粉体。利用X射线衍射、能量色散谱、X射线光电能谱、场发射扫描电子显微镜和透射电子显微镜分别对所合成的Bi2S3的晶型结构、组成和表面形貌等进行了表征。结果表明:所合成的产物为典型的Bi2S3正交结构,在DMF溶剂中得到的Bi2S3纳米棒长为4～11μm,直径为120nm。在蒸馏水-乙二醇和蒸馏水溶剂中得到的是片状的Bi2S3晶粒。讨论了不同溶剂对Bi2S3的形成及其形貌的影响,并根据实验结果对所合成的一维纳米棒可能的形成机理进行了探讨。     

pH值对Bi2WO6粉体的微波水热法合成及光催化性能的影响

以Na2WO4·2H2O和Bi(NO3)3·5H2O为原料,采用微波水热法通过调节pH值在200℃合成出花簇状和片状Bi2WO6粉体.利用X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、选区电子衍射和高分辨透射电子显微镜等对Bi2WO6粉体进行了表征,并对合成粉体的光催化性能进行了研究.结果表明:pH值对Bi2WO6...     

溶胶-凝胶法合成(Na0.5Bi0.5)TiO3微粉

以钛酸四丁酯、硝酸铋、醋酸钠和冰醋酸为原料,利用溶胶-凝胶工艺得到透明凝胶,经干燥后煅烧成(Na0.5Bi0.5)TiO3微粉。通过对溶胶体系水/醇盐的摩尔比、初始pH值及胶凝温度对(Na0.5Bi0.5)TiO3凝胶体系溶胶-凝胶形成过程影响的研究,发现水/醇盐比R在35≤R≤60,pH在2.2~3.5,反应温度在40~60℃时,能够得到透明的溶胶;通过TG-DTA、SEM、X-ray等分析手段对(Na0.5Bi0.5)TiO3粉体进行测试,表明在650℃合成1h可以得到单一钙钛矿(Na0.5Bi0.5)TiO3晶体;采用TEM对(Na0.5Bi0.5)TiO3干凝胶粉体分析其粒径大小约为10nm。     

柠檬酸溶胶-凝胶燃烧法制备LiNi_(0.5)Co_(0.5)O_2

用柠檬酸溶胶-凝胶燃烧法制备了锂离子电池正极材料L iN i0.5Co0.5O2,并对材料进行了热分析、红外分析及X射线衍射分析。研究结果表明,L iN i0.5Co0.5O2干凝胶在空气中自蔓延燃烧,燃烧产物再于800℃烧结10 h,可避免因缺氧而导致杂相L i2CO3、L i2N i8O10的产生,产物晶型完整。     

Na_(0.5)K_(0.5)NbO_3无铅压电陶瓷烧结技术研究进展

Na0.5K0.5NbO3无铅压电陶瓷具有优异的压电性能,是最有希望取代含铅PZT系压电陶瓷的体系之一,但烧结特性差,难以获得高致密度的陶瓷体是制约其研究发展的关键问题。基于近年来有关Na0.5K0.5NbO3无铅压电陶瓷的报道,重点从热压烧结法、放电等离子烧结法、添加烧结助剂法以及添加第二组元促进烧结法四个方面,综述了其在烧结制备技术上取得的研究新进展,并对Na0.5K0.5NbO3无铅压电陶瓷烧结制备技术今后的发展方向提出了一些建议。     

掺杂Co2O3对Na0．5Bi0.5TiO3基压电陶瓷性能的影响

通过固相法合成Na0.5Bi0.5TiO3+xmol%Co3+(简写为:NBT-xC)体系无铅压电陶瓷,并对其相结构、压电、介电及铁电性能进行了研究.XRD分析结果表明,所有组成均形成三方钙钛矿结构.SEM扫描电镜照片显示Co2O3的引入有利于晶粒长大,提高致密度.随着Co含量的增加,陶瓷的压电常数d33,机电耦合系数Kp都略有下降,机械品质因素Qm有明显提高,在x=3时达到极大值:0m-934,同时介电损耗出现极小值:tgδ=0.02(1kHz),综合得出Co离子起"硬性掺杂"作用.     

(K0.5Na0.5)(TaxNb1-x)O3无铅压电陶瓷的性能特征

采用传统电子陶瓷制备工艺制备了(K0.5Na0.5)(TaxNb1-x)O3无铅压电陶瓷。研究了不同Ta含量下(K0.5Na0.5)(TaxNb1-x)O3陶瓷的晶相组成及性能特征。结果表明,(K0.5Na0.5)(TaxNb1-x)O3陶瓷在低Ta含量时形成单一斜方相固溶体,但Ta含量达到0.08mol后则有K6Ta10.8O30次晶相产生。随着Ta的加入,陶瓷的体积密度逐渐增大,居里温度(Tc)逐渐降低。当Ta含量为0.08mol时陶瓷具有良好的铁电、压电性能和介电稳定性能,其压电常数d33为76pC/N。     

La掺杂(Na_(0.5)Bi_(0.5))_(0.82)(K_(0.5)Bi_(0.5))_(0.18)TiO_3系统无铅压电陶瓷的制备工艺探讨

采用传统陶瓷工艺,研究了制备[(Na0.5Bi0.5)0.82(K0.5Bi0.5)0.18]1-xLaxTiO3(x=0.00,0.01,0.03,0.05,0.10)无铅压电陶瓷的工艺条件对陶瓷的物相组成、显微结构和压电性能的影响。利用XRD、SEM等技术分析结果表明,合成温度的提高有利于主晶相的形成,且此系统烧成温度范围较窄,故需控制在合适的烧成温度下才能得到高致密度的陶瓷。同时,研究了极化工艺条件对材料压电性能的影响,结果表明,提高极化电场强度、控制适当的极化温度有利于提高材料的压电性能。     

Sonocatalysis and Photocatalysis in Ba0.5Sr0.5TiO3 ceramics

The photocatalytic, sonocatalytic, and sono-photocatalytic performances of Ba_0.5Sr_0.5TiO₃ (BST) ceramic (synthesized through solid-state reaction route) were investigated for the degradation of an organic dye named methylene blue (MB). The as-prepared BST ceramic powder was characterized using a scanning electron microscope, X-ray diffraction, X-ray photoelectron, and Raman spectroscopy techniques. The optical energy band gap of BST ceramic was found to be ∼3.17 eV. BST has shown significant catalytic activity following sonocatalysis and photocatalysis processes, i.e, ∼48% and ∼65% in 3 h, respectively. The synergic effect of the sonocatalysis and photocatalysis processes had shown an excellent degradation of 81% in 3 h. To determine the reactive species responsible for the degradation of MB dye, a scavenger test was also performed using isopropyl alcohol (IPA), ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), and benzoquinone (BQ) scavengers. The degree of MB dye degradation was quantified by a phytotoxicity test on “Vigna radiata” seeds. Furthermore, the potentiality of BST ceramic was explored for water cleaning applications while irradiating it to solar radiation in real-time conditions.     

K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3-La_2O_3无铅压电陶瓷性能的研究

采用传统周相反应法制备了K0.5Na0.5NbO3-xmol%La2O3(简称KNN-xLa)系列无铅压电陶瓷,研究了不同La2O3含量(x=0.0,0.05,0.15,0.25,0.35,0.5,1.0)样品的物相组成、显微结构、压电及介电性能.实验结果表明:La2O3的加入并没有改变陶瓷的相结构,体系仍为单一正交相钙钛矿结构.随着掺杂量x的增大样品的压电系数(d33)、机械品质因子(Qm)、平面机电耦合系数(kp)和样品密度(P)都呈现先增大后减少的变化趋势,而介质损耗(tan δ)呈现先变小后增大的变化趋势,烧成温度则随着x的增大而升高.当x=0.15时,材料的综合性能达到最佳,其中P=4.52 g/cm3,d33=120pC/N,Qm=130,kp=0.41,tan δ=0.021.此外,随着x的增大,居里温度Tc则呈现出先升高后降低的趋势,而正交相向四方相的转变温度To-t与Tc变化相反,且当x=0.15时,To-t=189℃,Tc=404℃.     

La掺杂(Na0.5Bi0.5)0.82(K0.5Bi0.5)0.18TiO3系统无铅压电陶瓷的制备工艺探讨

采用传统陶瓷工艺，研究了制备[（Na0.5Bi0.5）0.82（K0.5Bi0.5）0.18]1-xLaxTiO3（x=0．00，0．01，0．03，0．05，0．10）无铅压电陶瓷的工艺条件对陶瓷的物相组成、显微结构和压电性能的影响。利用XRD、SEM等技术分析结果表明，合成温度的提高有利于主晶相的形成，且此系统烧成温度范围较窄，故需控制在合适的烧成温度下才能得到高致密度的陶瓷。同时，研究了极化工艺条件对材料压电性能的影响，结果表明，提高极化电场强度、控制适当的极化温度有利于提高材料的压电性能。     

Domain-scale imaging to dispel the clouds over the thermal depolarization of Bi0.5Na0.5TiO3-based relaxor ferroelectrics

Thermal depolarization temperature, T_d, of ferroelectric oxides Bi_0.5Na_0.5TiO₃ (BNT), where dielectric and piezoelectric signals exhibit remarkable changes, is providing rich research contents but is not well understood yet. Herein, on the domain-scale, we give the direct and clear real-space images of thermal depolarization process on BNT-based complex oxides. As disclosed by the piezoresponse force microscopy (PFM), heating above T_d breaks the poling-induced large-sized-oriented domains into smaller sized polar clusters with different orientations, leading to the thermal depolarization phenomenon. Although the poling-induced domain decays above T_d, the broken domains exhibit a rather larger coherence length than that of the incipient labyrinth-like nano-domains. During the heating process, BNT possesses a structural transition from the long-range-correlated R3c (a⁻a⁻a⁻ anti-phase tilting) to the short-range-correlated P4bm (a⁰a⁰c⁺ in-phase tilting) phase, which should be the fundamental driving force for the fluctuations of poling-induced large-sized-oriented domains. We expect these results will further promote the understanding about the origin of T_d in BNT-based relaxor ferroelectrics, and provide an intuitive method for the characterization of the thermodynamic and kinetic process in this kind of materials.