Nb、K共掺对BiFeO3纳米晶体结构和磁性的影响

采用溶胶-凝胶法制备Bi_(1-x)K_xFe_(1-x)Nb_xO_3(0≤x≤0.05)纳米晶体,并研究Nb、K共掺杂对BiFeO_3样品晶格结构和磁学性质的影响。根据XRD图谱和Rietveld精修可知,所有样品保持R3c相,晶格常数a、c,晶胞体积V和Fe-O-Fe发生微弱的变化。XPS测量显示,少量的Nb、K共掺杂不引起样品中Fe~(3+)和Fe~(2+)比例的变化。磁测量表明,所有掺杂样品的磁性都得到了增强。当掺杂量x=0.01时,剩余磁化强度Mr达到最大值,Mr=0.1978emu/g,相比于纯BiFeO_3增大了18倍。低掺杂时剩余磁化强度Mr增大,可能是由于掺杂样品中存在束缚磁极化子引起的。     

BaTi_(1-x)Ce_(x)O_(3)陶瓷结构特性与介电性能的实验研究及第一性原理计算EI

BaTiO_(3)具有高介低损、廉价环保的优点,但其介电常数在相变温度附近发生非线性变化的特性限制了其在宽温稳定型电容器领域的应用。为改善BaTiO_(3)的介温特性,本工作利用固相合成法制备BaTi_(1-x)Ce_(x)O_(3)(x=0~0.20)陶瓷,在BaTiO_(3)的B位(Ti位)引入Ce掺杂,通过实验方法研究不同Ce掺杂量对陶瓷相演变、缺陷状态、微观形貌与介电性能的影响规律,并结合第一性原理计算方法探究掺杂改性的作用机理。结果表明:在所有陶瓷样品中,Ce元素均以Ce 4+形式完全进入B位。随着Ce掺杂量的增加,BaTi_(1-x)Ce_(x)O_(3)陶瓷的室温结构由四方/赝立方共存结构转变为正交/四方结构,再转变为赝立方相结构。由于Ce 4+与Ti 4+的离子半径差异,Ce掺杂使得陶瓷的晶格常数上升,导致局部晶格畸变与铁电结构长程有序度的降低,引起能带结构、态密度与电荷密度分布的变化,并诱发Ba空位与Ti空位的生成。相较纯BaTiO_(3)陶瓷而言,Ce掺杂使得陶瓷的平均晶粒尺寸出现先减小后增加的变化规律,而陶瓷的致密度则逐渐上升。BaTi_(1-x)Ce_(x)O_(3)陶瓷的峰值介电常数随Ce掺杂量上升呈现先上升后下降的变化规律,其介电常数峰值温度在x=0~0.08成分区间内由122℃缓慢下降至112℃,而在x=0.08~0.20区间内快速下降至-3℃。具有x≥0.06取值的BaTi_(1-x)Ce_(x)O_(3)陶瓷表现出弥散相变的介电行为,而x=0.20陶瓷具有弛豫铁电体的典型特征,室温介电常数3258.38(10 kHz),|Δεr/εr25℃|≤22%的温度区间为-60~87℃,介温稳定性符合EIA X5S标准。由此可见,B位Ce掺杂可以有效改善BaTiO_(3)介电常数在变温环境中的稳定性,这将为研发宽温范围内具有稳定介电性能的介质材料提供新的思路。     

(0.98-x)BNT-xBKT-0.02BZN无铅压电陶瓷的制备及性能研究

采用传统固相烧结法制备(0.98-x)Bi1/2Na1/2TiO3-xBi1/2K1/2TiO3-0.02Bi(Zn2/3Nb1/3)O3(简称(0.98-x)BNT-xBKT-0.02BZN,其中x=0.1、0.15、0.20、0.25)无铅压电陶瓷,系统研究了不同烧结温度对(0.98-x)BNT-xBKT-0.02BZN陶瓷压电及介电性能的影响。结果表明,压电常数和机电耦合系数都随烧结温度的升高而增大,得出1140℃为最佳烧结温度,其最佳性能如下:d33=43pC/N,Kp=0.2731,ε3T3/ε0=1289.8,tanδ=0.038。     

A位LiCe复合取代改性对Na_(0.5)Bi_(2.5)Nb_2O_9陶瓷性能的影响

用固相反应法制备了[(NaBi)1-x(LiCe)x]0.5Bi2Nb2O9(x=0.00,0.04,0.06和0.08)高温铋层压电陶瓷材料,分析了LiCe对Na0.5Bi2.5Nb2O9压电陶瓷的影响。LiCe掺杂促进了样品晶粒生长,引起样品晶格畸变,这极大地提高了该系列陶瓷样品的压电活性。LiCe掺杂还提高了掺杂样品压电、介电性能的温度稳定性。当x=0.06时,该系列陶瓷的压电常数提高到24pC/N,是纯Na0.5Bi2.5Nb2O9的2倍多,平面机电耦合系数为12%,厚度机电耦合系数为25%,加上高的居里温度,低的介电损耗(1kHz只有0.26%)和稳定的压电特性,表明LiCe改性使Na0.5Bi2.5Nb2O9高温铋层压电陶瓷具有很好的高温应用前景。     

La和Nb共掺提高BiFeO3的磁学性能

采用溶胶-凝胶法成功制备了Bi_(1-x)La_xFe_(0.99)Nb_(0.01)O_3(x≤0.25)纳米颗粒样品,并研究了La和Nb共掺对BiFeO_3样品的晶体结构、晶粒尺寸和磁学性质的影响。根据X射线衍射及Rietveld精修结果可知,所有样品都保持R3c空间结构,且Fe-OFe键角随着La掺杂量的增加而减小。XPS测试结果表明,La和少量Nb共掺不会引起样品中Fe~(3+)和Fe~(2+)含量的明显变化。磁性测量发现剩余磁化强度强烈依赖于La掺杂量x。La掺杂影响着反向旋转的FeO_6八面体结构变化,而Nb离子掺杂会导致样品晶粒细化。共掺BiFeO_3的磁性增强是两种影响机制协同作用的结果。     

高Fe含量FeCuNbSiB系非晶/纳米晶合金制备及其磁性研究

研究了过渡金属元素(Zr,Nb,Mo)和Cu元素对Fe78Si9B13合金系非晶形成能力、热稳定性和磁性的影响;在Fe74Cu1Nb3Si13B9合金的基础上,通过逐步提高Fe含量,利用单辊甩带法制备Fe(76+x)Cu1Nb3Si(11-x)B9(x=0,2,4)和Fe(79+x)Cu1Nb2Si(6-x)B12(x=0,2,4)非晶/纳米晶合金薄带;利用XRD、DSC、TEM和VSM研究了高Fe含量Fe-Cu-Nb-Si-B系非晶/纳米晶合金的微观结构和磁性,并通过添加Nb元素优化了高Fe含量合金的磁性。研究结果表明:Zr和Nb元素的添加能明显提高Fe78Si9B13合金的非晶形成能力和热稳定性;高Fe含量的Fe-Cu-Nb-Si-B系纳米晶合金为典型的非晶/纳米晶双相结构,合金的饱和磁化强度Ms180 emu/g,且合金的矫顽力Hc在2Oe-9Oe之间,具有良好的软磁性能;Nb元素能显著细化Fe-Cu-Nb-Si-B系合金晶粒尺寸,从而能显著降低合金的矫顽力,改善合金的软磁性能;当Fe含量在80%-83%(原子百分比,下同)之间时,合金具有良好的软磁性能,但当Fe含量达到85%时,会有Fe2B、Fe3B相析出,从而显著恶化其软磁性能。     

锌硼共掺对铌酸钾钠基压电陶瓷结构和性能影响的研究

采用传统固相制备工艺,在烧结温度960～980℃成功制备了致密度较高、综合电学性能优异的Li0.06(Na0.535K0.48)0.94Nb0.94Sb0.06O3+x%(质量分数)ZnO+B_2O_3(LNKNS-xZB2)无铅压电陶瓷。研究了ZnO+B_2O_3掺杂量对LNKNS-xZB2陶烧结性能、相结构、微观结构及电学性能的影响。结果发现,ZnO+B_2O_3的掺杂不仅改善了LNKNS-xZB2陶瓷的烧结性能,而且改变了陶瓷的相结构,在掺杂量x=1.2～1.6范围内形成四方-正交两相共存的多晶型相界(PPB)。在准同型相界处(x=1.6),陶瓷具有优异的电学性能:压电常数d33、机电耦合系数kp、介电常数εr、机械品质因数Qm、剩余极化强度Pr和相对密度ρr分别为285pC/N,35.4%,954,205,29.5μC/cm~2和96.3%。为铌酸钾钠基压电陶瓷的低温致密化烧结提供了新的思路。     

CeO2掺杂制备Ba0.9Ca0.1Ti1-xSnxO3压电陶瓷的结构及电性能

采用传统的陶瓷烧结技术,通过添加0.15%(摩尔分数)CeO2,在1120℃烧结2h,成功制备了新型无铅压电陶瓷Ba0.9 Ca0.1 Ti1-x Snx O3,并且检测了陶瓷样品的微结构和电性能.XRD显示所有陶瓷样品均具有纯的钙钛矿结构,在室温下为典型的四方相,SEM显示适量添加锡离子可以提高陶瓷致密性.在室温下,锡离子改性的BaTiO3基压电陶瓷在x=0.02处显示了优异的压电、介电和铁电性能(d33=276 pC/N,kp=46%,εr=3678,tanδ=2.4%,Pr=18.2μC/cm2,EC=1.12 kV/mm).这些优异的检测结果证实适当添加锡离子能改善BaT iO3基压电陶瓷的电性能.     

直接反应烧结法制备(Ba_(1-x)Ca_x)(Ti_(0.85)Zr_(0.15))O_3陶瓷的微观结构和电性能研究

采用直接反应烧结法制备了(Ba1-x Ca x)(Ti0.85Zr0.15)O3无铅压电陶瓷,分析了不同的Ca含量时陶瓷的晶相结构、微观结构、密度及电性能。结果表明,采用直接反应烧结法制备的(Ba1-x Ca x)(Ti0.85Zr0.15)O3无铅压电陶瓷具有纯的钙钛矿相结构;微观结构致密,晶粒大小比较均匀,陶瓷样品出现较大的直径收缩率(25%左右);随着Ca含量的增加陶瓷的居里温度略微降低,室温介电常数出现较大增加,压电常数变大,其中x=0.15时压电性能最好,d33为208 pC/N。     

钙钛矿型低铅压电陶瓷的制备与性能研究

采用传统陶瓷工艺制备了钙钛矿型低铅压电陶瓷xPbTi0.4716Zr0.4834（Mn1/3Sb2/3）0.0450O3-（1-x）（K0.485Na0.485Li0.03）NbO3[xPMS-（1-x）KNLN],研究了该陶瓷体系的结构和介电、压电与铁电性能以及这些结构和性能与工艺条件的关系。XRD分析表明,随着烧结温度的升高,陶瓷晶相由焦绿石相与赝立方钙钛矿相共存转变为单一的四方钙钛矿相;SEM分析表明,在烧结过程中产生了以（K0.485Na0.485Li0.03）NbO3组分为主的液相,并在烧结温度提高的过程中产生孔洞出现-孔洞消失的现象;电学测试表明,xPMS-（1-x）KNLN陶瓷具有良好的性能,在x=0.75、烧结温度为1250℃时,陶瓷的性能参数为压电常数d33=182pC/N,机电耦合系数kp=34.5%,居里温度TC=165℃,剩余极化强度Pr=21.2μC/cm2,矫顽场强Ec=1.47kV/mm,介电常数εr=1879,介电损耗tanδ=0.92%。     

Mg4Nb2O9/CaTiO3复合陶瓷的微波介电性能

采用传统固相法制备Mg4Nb2O9/CaTiO3复合陶瓷,研究Li2CO3-V2O5(LV)共掺杂对其烧结特性、微观结构和微波介电性能的影响.实验结果表明:一定量的LV掺杂能够使Mg4Nb2O9/CaTiO3复合陶瓷的烧结温度降至1200℃;XRD和EDX综合分析表明,样品由(Mg4-xCax)Nb2O9/(Ca1-x...     

(0.84-x)Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-0.16K_(0.5)Bi_(0.5)TiO_(3-x)SrTiO_3系无铅压电陶瓷结构与电性能

采用固相法制备了Bi补偿的(0.84-x)Na0.5Bi0.5TiO3-0.16K0.5Bi0.5TiO3-x SrTiO3(简称NBTKBT-xST)无铅压电陶瓷,研究不同ST掺量对体系陶瓷的结构与电性能的影响规律。结果表明,在掺杂范围内(0≤x≤0.06),材料均能形成单一的钙钛矿固溶体结构。随着x的增加,陶瓷晶体结构逐渐由三方相向四方相过渡,且该体系的三方-四方准同型相界(MPB)位于0.03≤x≤0.04。在此组成区域内,体系陶瓷的铁电与压电性能较好,其中x=0.04时,材料的电性能较好:压电常数d33=156 pC/N,平面机电耦合系数k p=0.29,相对介电常数εr=1116,介质损耗tanδ=4.1%,剩余极化强度P r=30.5μC/cm2,矫顽场E c=23.9 kV/cm。介电温谱和变温电滞回线表明体系陶瓷在T d以上可能存在极性相与非极性相共存。     

LiNi_(1/3)Co_(1/3-x)Mn_(1/3)Cr_xO_2粉体的类共沉淀制备及其电化学性能

采用一步类共沉淀法合成了LiNi_(1/3)Co_(1/3-x)Mn_(1/3)Cr_xO_2粉体(x=0.01、0.03、0.05、0.07、0.10、0.15),通过X射线衍射(XRD)、X射线能谱(EDS)、扫描电镜(SEM)及循环伏安(CV)对制备的粉体进行了表征,重点探究了Cr含量对掺杂粉体结构和电化学性能的影响。研究表明能够通过一步类共沉淀法制备化学计量的α-NaFeO_2层状结构LiNi_(1/3)Co_(1/3-x)Mn_(1/3)Cr_xO_2三元粉体材料,掺入适量的Cr可提高三元正极材料的放电比电容。当电压窗口在(0~1.4)V vs.SCE、扫描速度为5mV/s、电解液为1mol/L Li_2SO_4溶液时,x=0.03的LiNi_(1/3)Co_(1/3-x)Mn_(1/3)Cr_xO_2正极材料比电容可达到553F/g。     

TbDyFe掺杂对(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(0.9)Zr_(0.08)Sn_(0.02))O_3无铅压电陶瓷组织与电性能的影响

为获得BCZTS无铅压电陶瓷优良的电性能,通过对其掺杂TbDyFe,采用传统固相烧结法制备(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.08Sn0.02)O3-x TbDyFe(BCZTS-x TbDyFe)无铅压电陶瓷,分析不同TbDyFe(x=0~0.4wt.%)含量对BCZTS无铅压电陶瓷微结构、压电性能、介电性能和铁电性能的影响,并利用XRD、SEM等方法分析表征样品。结果表明:所有样品均为单一的钙钛矿结构;掺杂TbDyFe后陶瓷的晶粒尺寸变小。由介电温谱可知,掺杂TbDyFe后BCZTS体系出现介电弛豫行为。当掺杂x=0.1wt.%时,无铅压电陶瓷材料的综合性能优异:d33=500 p C/N,kp=40%,εr~5955,tanδ~1.9%,Pr=6.6μC/cm2,Ec=2 k V/cm。     

Bi_(0.5)(Na_(0.8)K_(0.2-x)Li_x)_(0.5)TiO_3无铅压电陶瓷的制备及性能研究

采用固相反应方法制备Bi0.5(Na0.8K0.2-x Lix)0.5TiO3无铅压电陶瓷。研究该体系陶瓷的组成变化及烧结工艺对压电陶瓷的相组成、显微结构及电性能的影响。结果表明,混合原料的平均粒径在2μm左右,粒度呈正态分布。热分析确定了混合原料的合成温度为900℃。XRD分析表明,900℃预烧温度下,合成粉体为ABO3的钙钛矿结构,且为铁电四方相结构。SEM表明,组成在x=0.06,烧结温度为1 160℃时,能够获得烧结良好且致密度较高的陶瓷,该组成的陶瓷的电性能具有最佳值,εT33/ε0=1 160、tanδ=0.029、d33=195pC/N、kp=0.407。     

(K0.5Na0.5)NbO3-LiNbO3无铅压电陶瓷的烧结特性和压电性能研究

采用传统陶瓷烧结工艺制备了(1-x)(K0.5Na0.5)NbO3-xLiNbO3无铅压电陶瓷,研究了陶瓷的结构、烧结特性及电性能特征.制备的(K0.5Na0.5)NbO3-LiNbO3陶瓷为单一的钙钛矿结构,室温下其相结构随LiNbO3含量增加逐渐由正交相向四方相转变,显微结构也由于LiNbO3含量的不同而表现出很大差异.与(K0.5Na0.5)NbO3陶瓷相比,(K0.5Na0.5)NbO3-LiNbO3陶瓷的烧结温度降低,烧结特性得到改善. (K0.5Na0.5)NbO3-LiNbO3陶瓷表现出优越的压电性能,其中0.94(K0.5Na0.5)NbO3-0.06LiNbO3(x=0.06)陶瓷的压电常数d33达到205pC/N,机电耦合系数kp为40.3%,kt达到49.8%.     

Li掺杂对TiO_2粉体结构及其对室温磁性影响的研究

以二水合乙酸锂和钛酸四丁酯为主要原料,采用溶胶-凝胶法制备了Li掺杂的TiO_2粉体,掺杂比例分别为x=0%、2%、4%、6%、8%。采用X射线衍射及扫描电镜测试样品的结构及形貌,结果表明:系列Ti_(1-x)Li_xO_2粉体呈纳米微球颗粒均匀分布,样品均主要表现为锐钛矿结构,随着Li掺杂浓度增加,粉体样品的金红石相逐渐增多,结晶度随着掺杂量增加而逐渐变好;用振动样品磁强计测试样品的磁特性,结果表明:系列粉体样品均表现为抗磁性,且随着掺杂量增加磁化率依次减小。分析结果表明系列Ti_(1-x)Li_xO_2粉体样品所呈现的抗磁性为其本征磁性。     

La_(1-x)Sr_xMnO_3热控陶瓷的放电等离子烧结及其辐射特性研究

采用放电等离子烧结技术制备La1-x SrxMnO3(x=0~0.4)热控陶瓷,重点研究了烧结温度和Sr含量对其物相组成、致密度、微观结构、导电性能和辐射特性的影响。随着烧结温度的升高,La1-x SrxMnO3陶瓷的密度和致密度逐渐增大,在1 100℃时其相对密度97%且物相单一。适量Sr含量对La1-x SrxMnO3陶瓷的物相无明显影响,而且随着Sr含量的增加,Mn4+浓度逐渐增大,由此促进了Mn3+-O2--Mn4+双交换作用,导致其导电性增强。随着温度的升高,La1-xSrxMnO3陶瓷发生从金属态向绝缘态的相转变,由此导致其红外辐射率逐渐增大,Sr含量x=0.1时辐射率变化幅度达0.33,表现出明显的可变辐射率特征和良好的辐射特性。     

(1-x)(Mg0.7Zn0.3)TiO3-xCa0.61La0.26TiO3系陶瓷的微波介电性能研究（英文）

本实验研究了(1-x)(Mg0.7Zn0.3)TiO3-x(Ca0.61La0.26)TiO3(MZT-CLT)系陶瓷的微观结构和微波介电性能,通过(Ca0.61La0.26)TiO3来协调(Mg0.7Zn0.3)TiO3陶瓷的谐振频率温度系数.MZT-CLT陶瓷的主晶相为(Mg0.7Zn0.3)TiO3,第二相为Ca0.61La0.26TiO3和(Mg0.7Zn0.3)Ti2O5.烧结温度和陶瓷组成对微波介电性能影响显著,当烧结温度为1275℃时,可以获得良好的致密度,当烧结温度超过1300℃时,Zn的蒸发导致陶瓷致密度和介电性能下降.随着(Ca0.61La0.26)TiO3含量的增大,材料的介电常数增大,品质因数减小.当x=0.13,烧结温度为1275℃保温4h,(MZT-CLT)陶瓷具有优良微波介电性能,εr=26,Q.f=86000 GHz,τf=-6×10-6/℃.     

一种改性铌酸盐系无铅压电陶瓷的合成与特性研究

K0.5Na0.5NbO3(KNN)系铌酸盐是一类可能替代铅基压电陶瓷的无铅压电陶瓷.利用Ta和Sb掺杂或者取代KNN中的相关离子,在陶瓷的准同型相界(MPB)处显现出高的压电和介电性能.利用传统技术制作出一种新的致密度较高的无铅压电陶瓷(1-x)(K0.5Na0.5)(Nb0.96Sb0.04)O3-xLiTaO3(简记为KNNS-LT).所有的组分在MPB处都存在纯的钙钛矿结构,主要压电性能在MPB处达极大值,其机电耦合系数kp为40%,压电常数d33为225pC/N,居里温度Tc为355℃.