二步水热法制备钛酸铋钠粉体的研究

以二氧化钛(TiO2)和氢氧化钠(NaOH)为原料,经水热反应成功合成钛酸钠(Na2Ti3O7)晶体纤维。以合成的钛酸钠和五水硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)为原料,NaOH为矿化剂,进行二次水热反应制备钛酸铋钠(Na0.5Bi0.5TiO3)粉体。通过X线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对反应制备的粉体进行物相分析,结果表明,通过二步水热反应,可制备出颗粒尺寸均匀的Na0.5Bi0.5TiO3聚集球。     

水热法制备纳米Na0.5Bi0.5TiO3粉体

采用Bi(NO3)3?5H2O、Ti(OC4H9)4为原料,在水热条件下研究了影响Na0.5Bi0.5TiO3(BNT)晶体生长和形成的各个影响因素,诸如:水热反应的温度、时间,NaOH浓度以及原料的种类等。实验结果表明,反应温度在160~180℃,保温时间在4~24 h,NaOH浓度为4~12 mol/L时,能制备出纯净的、立方形的纳米Na0.5Bi0.5TiO3晶体,其颗粒线度尺寸为15~55 nm。若温度低于160℃,Na0.5Bi0.5TiO3结晶程度低;若高于180℃,易形成Bi4Ti3O12。当NaOH浓度低于4 mol/L时,Na0.5Bi0.5TiO3晶相少,主要呈Bi4Ti3O12;当其高于12 mol/L时,产物主要是非晶态物质。     

前驱体溶液pH值对柠檬酸盐法合成Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3微粉的影响

采用柠檬酸盐法合成了钙钛矿相的Na0.5Bi0.5TiO3粉体,利用TG-DTA、XRD、SEM及激光粒度仪对Na0.5Bi0.5TiO3粉体进行了分析表征,讨论了前驱体溶液pH值对合成粉体的影响。结果表明,当前驱体溶液pH=8.5,柠檬酸与金属离子摩尔比r(C/Mn+)=1.25,水浴温度为80℃,煅烧温度为600℃时,所制备出的Na0.5Bi0.5TiO3晶体呈球形,其颗粒细小,粒径为100~200 nm。相同条件下,当pH=2.5时产物主要是富含Na、Ti、O的棒状物质。pH=6.5时所得粉体主要是Na0.5Bi0.5TiO3相,粉体颗粒呈球状,粒径为500~600 nm,其中存在少量的块状颗粒,粒径分布不均匀。pH=10.5时产物中含有较多Bi3Ti4O12杂相,粒径较大。     

Bi0.5(Na1-x-yKxLiy)0.5TiO3压电陶瓷的制备、性能与微结构

采用传统陶瓷工艺制备了新型无铅压电陶瓷Bi0.5(Na1-x-yKxLiy)0.5TiO3,研究了制备工艺的稳定性、放大效应、预烧粉体的研磨方式、成型工艺以及烧结方式对陶瓷压电性能的影响。研究结果表明,Bi0.5(Na1-x-yKxLiy)0.5TiO3陶瓷的压电常数d33可达230 pC/N,其机电耦合系数kp可达0.40;采用传统陶瓷工艺能够制备单相钙钛矿结构的Bi0.5(Na1-x-yKxLiy)0.5TiO3陶瓷,制备工艺的稳定性好,放大效应小,预烧粉体的研磨方式对性能的影响小,干压成型的样品压电性能最佳,烧结方式对性能无明显影响。显然,Bi0.5(Na1-x-yKxLiy)0.5TiO3陶瓷具有压电性能优、工艺性好的特点,具有实用化价值。     

Na补偿的(Na,Bi)TiO3-Ba (Zr,Ti)O3无铅压电陶瓷

研究了(1-y)(Na0.5Bi0.5)TiO3-yBa(ZrxTi1-x)O3无铅压电陶瓷,获得压电应变常数d33高达185 pC/N的0.94(Na0.5Bi0.5)TiO3-0.06Ba(Zr0.055Ti0.945)O3压电陶瓷。添加0.04%摩尔过量Na2CO3的0.94(Na0.5Bi0.5)TiO3-0.06Ba(Zr0.055Ti0.945)O3高性能压电陶瓷d33高达195 pC/N。研究发现添加Na2CO3添加量至0.04%摩尔,Na起到软性添加物的作用,添加量超过0.04%,Na起到硬性添加物的作用.理论解释了过量Na的这一特性.为了降低介电损耗,对0.94(Na0.5Bi0.5)TiO3-0.06 Ba(Zr0.055Ti0.945)O3陶瓷进行了(Ce,Mn)掺杂改性研究。     

钛酸铋钠系陶瓷的介电热滞现象

测量了（Na0.5Bi0.5)TiO3和（Na0.5Bi0.5)0.94Ba0.06TiO3陶瓷从20－500℃的介电温谱。发现（Na0.5Bi0.5)TiO3陶瓷在150－350℃和（Na0.5Bi0.5)0.94Ba0.06TiO3陶瓷在30－300℃的热滞现象。作者认为此热滞现象是该类材料发生缓慢相变过程的外在表现,对于（Na0.5Bi0.5)0.94Ba0.06TiO3陶瓷直至室温附近的热滞现象,与其常温下处于三角－四方准同型相界（MPB）附近有关,而且这一热滞的存在必然影响（Na0.5Bi0.5)0.94Ba0.06TiO3陶瓷谐振频率等有关压电性温度稳定性。     

织构化钛酸铋钠基无铅压电陶瓷的制备与性能研究

用熔盐法制备了片状 Bi4Ti3O12模板,由 Bi4Ti3O12片状前驱体制备了 Bi0.5Na0.5TiO3（BNT）模板,由模板晶粒生长法制备了织构化0.91Bi0.5Na0.5TiO3-0.06BaTiO3-0.03K0.5Na0.5NbO3陶瓷。研究了 Bi4Ti3O12以及Bi0.5Na0.5TiO3两种模板及模板含量对Bi0.5Na0.5TiO3无铅压电体系织构化的影响及织构化陶瓷的压电性能。结果表明Bi0.5Na0.5TiO3模板比Bi4Ti3O12模板更适合用于此体系的织构化,并且,在加入质量分数15%的Bi0.5Na0.5TiO3模板时 Bi0.5Na0.5TiO3陶瓷取向度达到87.3%。质量分数5%的 BNT 模板织构化的陶瓷在6×103 V/mm 电场下应变达到0.226%,相较于随机取向陶瓷提高了48.7%。     

凝胶自燃烧法合成Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3纳米粉体

以Bi(NO3)3·5H2O、NaNO3和Ti(OC4H9)4为原料,采用凝胶自燃烧法合成了Bi0.5Na0.5TiO3纳米粉体,研究了粉体的晶相结构。结果表明:所合成的粉体粒子大小均匀,晶相单一,不需高温处理便能直接形成钙钛矿结构超细粉末。粉末经压片,1125℃烧结2h即可获得致密的烧结体,其d为98.1%。用SEM观察,烧结样品的平均粒径为2μm。     

Bi过量和Mn掺杂的钛酸铋钠基无铅压电陶瓷

采用传统电子陶瓷制备工艺制备(1–y)(Na0.5Bi0.5)TiO3-yBa(ZrxTi1–x)O3无铅压电陶瓷,获得了d33高达185pC/N的0.94(Na0.5Bi0.5)TiO3-0.06Ba(Zr0.055Ti0.945)O3压电陶瓷。对Bi的挥发进行了补偿,添加过量Bi2O3(摩尔分数z=0.08)的钛酸铋钠基压电陶瓷,d33高达218pC/N。研究了Mn掺杂对钛酸铋钠基陶瓷压电、介电性能和损耗的影响,获得了高性能的无铅压电陶瓷,其中d33为214pC/N,kt为0.44,k33为0.52。     

熔盐法合成钛酸铋钾陶瓷粉体

以K2CO3,Bi2O3和TiO2为反应物,KCl为熔盐,通过熔盐法在600℃成功合成纯钙钛矿结构K0.5Bi0.5TiO3(KBT)无铅陶瓷粉体。探寻了制备过程中影响粉体颗粒大小和形貌的工艺参数,并对影响机理进行了探讨。结果表明,与传统固相法相比,熔盐法合成温度显著降低且颗粒平均粒径明显减小。固相法合成的粉体平均粒径为115nm,KCl含量5%和20%的熔盐法合成粉体平均粒径为78nm和67nm。此外,实验发现随着熔盐量的增加,易合成各向异性的棒状粉体。     

(Na0.5Bi0.5)TiO3陶瓷A位二价金属离子取代的研究

主要研究了用Ｂａ＾２＋、Ｓｒ＾２＋、Ｃａ＾２＋对钙钛矿结构（ＡＢＯ３）的无铅压电陶瓷（Ｎａ０．５Ｂｉ０．５）ＴｉＯ３（ＮＢＴ）的Ａ位进行部分取代后材料的介电、压电性能。实验表明,Ａ位Ｂａ＾２＋取代使ＮＢＴ的介电系数有明显的增大,而Ｓｒ＾２＋、Ｃａ＾２＋对ＮＢＴ的介电系数影响不大。而３种离子Ａ位的取代,都使ＮＢＴ的高矫顽电场有了大幅度的降低,其中以Ｂａ＾２＋的效果最为明显（２．５～２．０ｋＶ／ｍｍ）     

钛酸铋钠基无铅压电陶瓷烧结行为

利用传统的固相合成法合成了纯钙钛矿结构的钛酸铋钠基压电陶瓷,研究了不同烧结温度下的钛酸铋钠基压电陶瓷的烧结行为,并对烧结过程中陶瓷表面出现第二相的机制进行了模型分析。最后研究了钛酸铋钠基陶瓷系列的电学性能。     

La0.5Sr0.5CoO3的化学溶液淀积法制备与表征及其应用

采用化学溶液淀积法制备了具有纯钙钛矿结构和良好导电性能的La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3(LSCO)薄膜。LSCO的电阻率随着退火温度的升高、退火时间的增长和厚度增加而减小。650°C退火可以得到7mΩ·cm的电阻率。分别在LSCO和Pt衬底上制备了Bi_4Ti_3O_(12)(BTO)薄膜,分析结果表明,使用LSCO衬底对BTO的析晶有影响,击穿电压、铁电特性均有较大改善。     

不同衬底温度生长的La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3薄膜椭圆偏振光谱研究

采用脉冲激光沉积法(PLD)在不同Si(100)衬底温度下制备了La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3(LSCO)导电金属氧化物薄膜.X射线衍射(XRD)分析表明,随着衬底温度升高LSCO薄膜的结晶质量增加,在650℃和700℃下制备的薄膜是具有单一钙钛矿结构的多晶薄膜.通过椭圆偏振光谱仪测量了400～1100nm波长范围内该导电金属氧化物薄膜的光学性质,采用双Lorentz振子色散关系及三相结构模型(Air/LSCO/Si)拟合获得了薄膜的光学常数.结果表明,薄膜的折射率随着衬底温度的升高而减小,然而在可见-近红外波长范围内消光系数随着衬底温度的升高而增大.这主要与薄膜的晶化质量和导电性能有密切的关系.     

溶胶–凝胶法制备NBT-KBT系陶瓷及其电性能

采用sol-gel法制备(1–x)Na0.5Bi0.5TiO3-xK0.5Bi0.5TiO3(x=0.12~0.50)系无铅压电陶瓷。XRD分析表明,当x=0.18~0.30时陶瓷具有三方–四方相共存的晶体结构,为该陶瓷的准同型相界(MPB)。在MPB附近存在最佳的电性能:d33为150pC/N,kp为36.7%,ε3T3/ε0为1107,tanδ为1.1×10–2,Qm为168.8,Np为2949.7Hz·m。与常规固相法相比,sol-gel法有利于提高该陶瓷的电性能。分析了该陶瓷材料在1,10和100kHz下的介电温谱,发现该陶瓷是一类弛豫型铁电体材料。     

Bi0.5(1-y)(Na1-x-yLix)0.5SryTiO3无铅陶瓷的压电性能和微观结构

利用传统陶瓷工艺制备了新型的Bi0.5(1-y)(Na1-x-yLix)0.5SryTiO3无铅压电陶瓷,并研究了该陶瓷的压电性能和微观结构.研究结果表明,该陶瓷体系具有较好的压电性能,压电常数d33=143 pC/N,径向机电耦合系数kp=0.30,并可在1 100℃/2 h烧结条件下获得致密的陶瓷体.     

(Bi0.5Na0.5)TiO3系无铅压电陶瓷特性与原子组成的关系

整体考虑ABO3型钙钛矿结构压电陶瓷中的A位和B位离子的离子半径、原子量和电负性对压电陶瓷特性的影响,定义了一个包含有A-位和B-位离子的质量差M、离子半径差R及电负性差X有关的综合因子F(ω),该因子与自发极化密切相关。研究了(Bi0.5Na0.5)TiO3基压电陶瓷的压电性能与F(ω)的关系发现,机电耦合系数k33,kp随着F(ω)的增加而相应增大,当F(ω)为160～165时,kp增加迅速,其后增加缓慢;F(ω)与k33则近似直线关系。     

Ca掺杂(Bi_(0.5)Na_(0.5))TiO_3-BaTiO_3压电陶瓷结构与性能

采用传统电子陶瓷工艺制备了(Bi0.5Na0.5)0.93(Ba1-xCax)0.07TiO3(x=0.02,0.04,0.06,0.08或0.10)陶瓷,研究了Ca掺杂量对陶瓷的结构、介电、压电性能的影响。结果表明,陶瓷样品均形成了单一的钙钛矿结构固溶体。陶瓷的介电、压电性能受Ca掺杂量的影响显著。所有陶瓷样品均表现出弥散相变特征。x=0.04时,室温εr达到最大值1451.7,且tanδ较小,为0.042;当x=0.06时,d33和kp达到最大,分别为140.5pC/N和19.7%。     

La3Al0.5Ga5Ta0.5O14单晶电弹常数的测量

用LCR电桥、干涉法和谐振法分别测量了La3Al0.5Ga0.5Ta0.5O14(简称LAGT)单晶的相对介电常数,压电应变常数和弹性柔顺常数,并和La3Ga5.5Ta0.5O14(LGT)作了比较。LAGT的介电常数1ε1=22.8,3ε3=72.4;压电应变常数d11=7.6 pC/N,d14=-4.37 pC/N;弹性柔顺常数s1E1=9.45 pm2/N,s3E3=5.59 pm2/N,s1E2=-2.95 pm2/N,s1E3=-2.20 pm2/N,s1E4=-2.58 pm2/N,s4E4=21.43 pm2/N,s6E6=24.80 pm2/N。     

[Bi0.5(Na1-xAgx)0.5]1-yBayTiO3系压电陶瓷研究

用Ag 和Ba2 部分取代(Bi0.5Na0.5)TiO3(BNT)基无铅压电陶瓷的A位离子,获得了一类具有钙钛矿结构的新型无铅压电陶瓷体系,并申请了国家发明专利。该体系压电陶瓷的分子式可用[Bi0.5(Na1-xAgx)0.5]1-yBayTiO3表示。当x=0.06,y=0.06时,该压电陶瓷的压电常数d33为168 pC/N,机电耦合系数kp为0.31;掺入适量锰离子可将该陶瓷的机械品质因数Qm提高到160以上,同时其介电损耗tanδ可降低至0.020。该无铅压电陶瓷体系可采用传统陶瓷工艺和电子陶瓷公司在工业生产中使用原料来制备,其制备工艺性很好。