Gd3+取代及十二面体空位对石榴石铁氧体高功率低损耗特性的影响

采用传统陶瓷工艺制备足量和缺量Gd³⁺取代的钇铁石榴石铁氧体,研究通过缺量Gd³⁺取代在十二面体位(24c)引入空位对材料显微结构、饱和磁化强度、铁磁共振线宽、自旋波线宽、居里温度、电阻率等性能的影响。研究表明,24c空位可促进了烧结阶段的致密化过程和晶粒生长。通过适量引入24c空位,铁磁共振线宽从154 Oe减小到64 Oe,自旋波线宽从9.7 Oe提高到24.4 Oe。空位的存在还增强了16a位与24d位Fe³⁺之间的超交换作用,提高了材料的居里温度。另外,空位对铁氧体材料电阻率影响不大,使其具备优异的介电性能。     

Bi~(3+)取代对多晶石榴石铁氧体材料性能的影响

采用普通陶瓷工艺制备Bi_xCa_(a+2b)Y_(3–x–(a+2b))Zr_aV_bFe_(5–a–b)O_(12)(x=1.2,1.4,1.5,1.6)多晶石榴石铁氧体材料,研究了Bi~(3+)取代对材料显微结构、介电常数e'及饱和磁化强度、铁磁共振线宽等磁性能的影响。研究表明,随着Bi~(3+)取代量增加,材料饱和磁化强度降低,密度和介电常数ε'均增高,而铁磁共振线宽ΔH显著增大。当Bi~(3+)取代量x=1.4时,介电常数超过30,x=1.6时,ε'达到35以上,比普通石榴石的e'高出20,大幅提升了材料的介电常数,但却因其ΔH高达9 k A/m(113 Oe)不具应用价值。     

Gd3+和In3+联合取代对石榴石铁氧体高功率低损耗特性的影响

采用传统陶瓷工艺制备Gd³⁺和In³⁺取代的钇铁石榴石铁氧体,研究Gd³⁺和In³⁺取代对材料显微结构、饱和磁化强度、铁磁共振线宽、自旋波线宽、电阻率等性能的影响。研究表明,Gd³⁺取代24c位的Y³⁺,对样品显微结构、居里温度和电阻率无明显影响。随着Gd³⁺取代量的增加,自旋波线宽从9.7 Oe提高到21.7 Oe。为了降低石榴石铁氧体损耗,采用适量的In³⁺取代16a和24d位的Fe³⁺,铁磁共振线宽从198 Oe减小到95 Oe。此外,In³⁺取代对石榴石铁氧体的电阻率、介电常数和介电损耗影响不大,使其保持良好的介电性能。     

Al^3+取代对低饱和磁化强度钇铁石榴石铁氧体烧结特性的影响

采用传统氧化物陶瓷工艺制备低饱和磁化强度(4πMs)钇铁石榴石铁氧体,研究不同烧结温度时Al3+取代对材料气孔率(P)和收缩率(η)等烧结性能的影响。根据不同烧结温度样品收缩率的拟合直线计算Al3+取代样品的烧结活化能,并结合热重-差热(TG-DSC)联合分析研究Al^3+取代量对活化能的影响机制。结果表明,Y3Al5O12铁氧体的成相温度高于Y3Fe5O12铁氧体的成相温度;1420℃烧结时,随着Al3+取代量x由0.6增大至1.4,烧结活化能从191 kJ/mol增大到257 kJ/mol,烧结更加困难,烧结样品的P从1.63%增大到3.60%,η从16.62%减小到14.38%。     

双主相合金法制备的(Nd,Ce)-Fe-B永磁合金

利用双主相合金法制备了Ce取代的廉价(Nd,Ce)-Fe-B磁体,研究了Ce取代对永磁体烧结致密化行为、显微结构与磁性能的影响。结果表明,用Ce部分取代Nd能够促进烧结,降低烧结温度;随着Ce取代量的增加,晶粒开始明显长大,磁体晶粒尺寸变得不均匀,晶间富稀土相也开始团聚,磁体各项磁性能逐步降低,在Ce取代量为总稀土的20%时,材料剩磁为1.05T,内禀矫顽力为651.4k A/m(8.18k Oe),最大磁能积为198.4k J/m3(24.92MGOe),仍具有较好的综合磁性能。     

预烧工艺对镍锌铁氧体微观结构和磁性能的影响

采用固相反应法制备镍锌铁氧体,主要研究了预烧过程中预烧温度和预烧保温时间对材料的微观结构和磁性能的影响.XRD显示,在预烧过程中,在不同的预烧温度(830℃、850℃和880℃)和预烧保温时间(2 h,3 h,4 h,5 h和6 h)下均能形成尖晶石相,随着预烧温度的升高,尖晶石相的主峰强度略有增强,而预烧保温时间对主晶相影响不大;SEM观察显示,随着预烧温度的升高,晶粒尺寸变大,随着预烧保温时间的延长,晶粒尺寸变小,气孔率降低;磁性能测试结果显示,在850℃进行预烧且预烧保温时间为3 h时,Ni0.6Zn0.4Fe2O4磁性能最优,σs为99.9 emu/g,4πMs为6537 G,Hc为6.5 Oe.然而,异常高的σs、4πMs及较高Hc数值表明该材料为非单相的NiZn铁氧体.     

溶胶-凝胶法制备钇铁石榴石(YIG)研究

以柠檬酸为络合剂、用溶胶-凝胶法制备了钇铁石榴石Y3Fe5O12(YIG)材料.XRD分析表明生成石榴石相的固相反应在700℃左右开始,至900℃基本上完成, 比普通陶瓷工艺提前100℃.预烧料比饱和磁化强度σsp以及相对磁化强度σsp/σss(σss为烧结样品比饱和磁化强度)数据与XRD结果相符.收缩率数据表明,材料致密化滞后于固相反应400℃以上.粉料粒度随热处理温度增高(700℃～950℃)而增大(13～60nm).给出了材料的烧结特性(密度、气孔率、收缩率)及SEM照片.讨论了铁磁共振线宽△H和自旋波线宽△烧结温度的变化.在最佳烧结温度1240℃下获得的△H为4.46kA/m(56Oe),△Hk为0.33 kA/m (4.1Oe).这个△Hk值为一般YIG材料△Hk的2倍.这里的烧结温度比普通陶瓷工艺的YIG材料低了200℃.     

锂离子扩散系数的测定及影响因素

锂离子（Li⁺）扩散系数是电池电化学仿真建模必不可少的参数之一。以锂离子电池正极材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂（NCM811）为研究对象,通过理论分析与实验测试相结合,采用恒流间歇滴定法（GITT）测定固相材料中Li⁺的扩散速率,解析Li⁺在固相电极充放电过程中的扩散行为。测得的Li⁺在活性材料中的扩散系数为10^-10～10^-12 cm²/s,主要集中在约10^-11 cm²/s;充电和放电过程中,Li⁺扩散系数都随着Li⁺浓度的升高而降低,但由于活性物质颗粒的形变,充放电数值存在较明显的差异;温度对Li⁺扩散系数影响较大,通过阿伦尼乌斯公式计算,得到Li⁺扩散的活化能为7.061 kJ/mol。     

表面改性聚丙烯薄膜的制备与介电/储能特性研究

为了提高聚丙烯薄膜的电容量和能量密度,采用高介电常数纳米颗粒与丙烯酸酯类粘结剂的混合浆料对聚丙烯薄膜进行表面改性,与改性前聚丙烯薄膜的性能作对比分析,探讨了基膜拉伸工艺、表面改性温度、高介电纳米颗粒尺寸3个因素对改性聚丙烯薄膜性能的影响。结果表明：改性后,1 kHz下聚丙烯薄膜的介电常数从2.20增大到2.89,500 kV/mm电场下储能密度从2.56 J/cm³增加到3.29 J/cm³,提升了28.5%。同时,改性后的聚丙烯薄膜在20～120℃区间内保持着稳定的介电性能,其1 kHz下的介电常数变化幅度小于6.9%。本研究采用简单易行的溶液法对聚丙烯薄膜进行改性,具备规模化制备的可行性,对实现高储能密度电介质材料的规模化制备具有一定的参考价值。     

高磁导率MnZn铁氧体的氧化还原度调控与磁性能提升

采用氧化物陶瓷工艺制备MnZn铁氧体材料,研究了烧结过程氧分压及热处理氧分压对于其电磁性能的影响。实验表明,烧结过程中的氧分压P(O_2)越高,材料中的Fe²⁺含量越低,烧结体晶粒越大;氧分压的最佳范围在4~7%附近,过高或过低均会降低材料的磁性能。对于因氧分压偏离最佳范围导致磁性能低下的MnZn烧结体,可以通过后续的热处理工艺调节Fe²⁺含量以恢复其磁性能。根据这些结果,综合烧结工艺和热处理工艺的优势,采用21%的氧分压烧结获得较大的晶粒之后再在0.1%的氧分压气氛中热处理的方法调节铁氧体的Fe²⁺含量,获得了25℃时μi=10600,Bs=427 mT,μi(200 kHz)/μi(10 kHz)=98%,综合性能良好的高磁导率MnZn铁氧体磁芯。     

包覆形成的核壳结构对ZnO压敏电阻的改性机制

ZnO压敏电阻的性能，直接决定了避雷器的保护水平和电力系统的绝缘水平。为实现ZnO压敏电阻综合性能的优化，通过溶胶凝胶法将SiO₂均匀包覆在ZnO颗粒表面，获得了具备明显核壳结构的粉体颗粒。当Si⁴⁺/Zn²⁺包覆摩尔比为0.075时，在1050℃下所烧结制备的ZnO压敏电阻，电位梯度可达651.37 V/mm，相较于未包覆样品提升115.6%；非线性系数可达73.02，提升104.5%；泄漏电流密度为0.73μA/cm²，降低77.5%。基于不同样品晶相测试结果中的区别，结合宏观电学性能、微观晶界势垒特性、介电响应特性等方面的差异，研究了包覆所形成的ZnO@SiO₂核壳结构对ZnO压敏电阻性能改善的晶粒生长控制机制、固溶反应机制和氧输运机制。     

锆钛酸钡/聚丙烯纳米复合介质的电学性能及储能特性研究

聚丙烯(PP)过低的介电常数已经无法满足下一代电力电容器对于高储能密度电介质材料的需求。制备具有高介电常数的纳米复合介质是有望提高电介质材料储能密度的有效手段。本文以PP为基体,以锆钛酸钡(BaZr_0.2Ti_0.8O₃,简称BZT)纳米颗粒为无机填料,制备BZT/PP复合介质,并利用硅烷偶联剂KH550与马来酸酐(MAH)之间的共价键作用提高纳米颗粒在聚合物基体中的分散性。对复合介质的微观形貌及晶体结构进行表征,并系统研究复合介质的介电性能、直流电气强度及储能密度。结果表明：BZT纳米颗粒在聚丙烯基体中分散均匀,并且显著提升了复合介质的介电性能与储能特性,BZT质量分数为15%的复合介质具有3.19(0.1 Hz)的介电常数,相比纯PP的介电常数提高了40.5%,并且介质损耗因数保持在10^-2数量级的较低水平。在储能密度方面,当BZT质量分数为5%时,复合介质的最大储能密度为2.008 J/cm³,相比于纯PP(1.775 J/cm³)提升了13.1%。     

Sr~(2+)取代对Z型六角铁氧体性能的影响

采用固相反应法制备Z型六角铁氧体(Ba1-xSrx)3Co2Fe24O41材料。研究了Sr2+取代对Z型六角铁氧体显微结构和电磁性能的影响。结果表明,Sr2+取代量x≤0.5时,随着取代量的增加,平均晶粒尺寸和烧结密度增加,1200℃烧结时,材料的起始磁导率从x=0的4.8增加到x=0.5的16.5,同时矫顽力减小;进一步增加取代量时,材料的起始磁导率下降,并且其矫顽力增大。x=0.5时,材料具备高的磁导率(1250℃烧结时为17)、较高的截止频率fr和磁品质因数Q,以及较低的矫顽力Hc。     

烧结温度对纳米复相SmFeO_3/γ-Fe_2O_3材料组织结构及磁性的影响

采用溶胶-凝胶法制备了纳米晶SmFeO_3/γ-Fe_2O_3复合粉体,然后经压制和高温烧结制备了SmFeO_3/γ-Fe_2O_3块体样品.研究了烧结温度对样品组织结构与磁性能的影响,结果表明,干凝胶经450℃预烧后,粉体样品中出现SmFeO_3相,但仍有部分非晶相存在.烧结温度对块体材料晶粒尺寸及磁性能有着显著的影响,在保温时间为1h的情况下,当烧结温度从800℃升高到1100℃时,烧结块体中SmFeO_3和γ-Fe_2O_3两相的平均晶粒尺寸分别由51nm和48nm长大到79nm和76nm,样品致密度由56%增大到72%,比饱和磁化强度从51A·m~2/kg升高到76A·m~2/kg,矫顽力从215kA/m下降到187kA/m.     

放电等离子烧结(Er2.5Gd0.5Co)x(Er2GdCo)1-x合金的磁热效应研究

通过电弧熔炼结合放电等离子烧结技术制备了系列样品(Er_2.5Gd_0.5Co)_x(Er₂GdCo)_1-x(x=0.1、0.2、0.3)。研究发现,系列样品均发生顺磁到反铁磁、反铁磁到铁磁的连续磁相变。在0 T～5 T外加变化磁场下,合金的最大磁熵变-ΔS_M分别为10.8 Jkg^-1K^-1(x=0.1)、10.1 Jkg^-1K^-1(x=0.2)、9.3 Jkg^-1K^-1(x=0.3),对应的RC值分别为556.7 Jkg^-1、524.9 Jkg^-1、566.7 Jkg^-1。在合金(Er_2.5Gd_0.5Co)_0.3(Er₂GdCo)_0.7中观察到了从35 K到...     

聚合物热解法制备高击穿场强CaCu3Ti4O12陶瓷的微观结构及介电性能

由于CaCu₃Ti₄O₁₂(CCTO)陶瓷表现出非欧姆特性,这些陶瓷有望用于储能电容器和过压保护装置等应用,然而一般制备的CCTO陶瓷样品击穿场强(E_b)极低。为了提高CCTO陶瓷样品的E_b,本文以硝酸铜、硝酸钙、二钛酸二异丙酯为原料,丙烯酸水溶液作为聚合单体,过硫酸铵水溶液作为引发剂,采用聚合物热解法制备了CCTO前驱体粉末,然后分别在1 040、1 060、1 080℃烧结得到CCTO陶瓷样品,研究了不同烧结温度陶瓷样品的相结构、微观结构和介电性能。结果表明：在不同烧结温度下采用聚合物热解法制备的陶瓷样品在保持高介电常数的同时大幅提高了E_b,在1 060℃下烧结的陶瓷样品介质损耗降低,其E_b为11.45 kV/cm,介电常数和介质损耗因数分别为9 110和0.03。在1 060℃下烧结有利于样品晶粒正常生长,完善晶界及形成势垒。此外,晶粒的正常生长对陶瓷样品的介电常数有显著影响,晶界阻抗的增大有利于E_b的提高...     

Sn4+-Cu2+共掺杂对YIG陶瓷结构和磁性能的影响

采用固相反应法制备了Sn⁴⁺-Cu²⁺共掺杂的钇铁石榴石铁氧体Y₃Fe_5-2xCu_xSn_xO₁₂(x=0, 0.05, 0.10, 0.15)陶瓷。利用X射线衍射仪、拉曼光谱仪、扫描电子显微镜、振动样品磁强计等仪器探究了Sn⁴⁺-Cu²⁺离子掺杂浓度对于钇铁石榴石微观形貌、晶体结构、饱和磁化强度以及铁磁共振线宽等方面的综合影响。结果表明，Sn⁴⁺-Cu²⁺离子有效进入八面体a位，促进晶粒的生长并获得致密的显微结构；提升激活能，降低氧空位浓度；当掺杂量为x=0.10时，YIG陶瓷的饱和磁化强度具有最大值29.29 emu/g，铁磁共振线宽具有最低值29Oe，优异的电磁特性使其可望在微波器件获得应用。     

Mg2+-Zr4+复合取代对CoFe2O4磁致伸缩材料性能的影响

为了实现钴铁氧体在低磁场下有较高的应变灵敏度,采用Mg2+-Zr4+协同取代的方式,通过固相合成法制备了CoFe2O4磁致伸缩材料,并研究了Mg2+-Zr4+复合取代对材料的微观结构、饱和磁化强度、磁致伸缩性能及应变灵敏度的影响.结果表明,在1300℃烧结的样品均为纯净的尖晶石相,并且随着Zr4+离子取代量的增加,材料的饱和磁化强度与磁晶各向异性常数呈现增大趋势,磁致伸缩系数减小,应变灵敏度先增大后减小.在Mg2+取代量为0.05、Zr4+取代量为0.02时,低磁场域下CoFe2O4磁致伸缩材料的应变灵敏度达到最高值,为4.3×10–9 A/m,可应用于磁传感器等领域.     

小线宽微波多晶铁氧体材料研究

对小线宽微波多晶铁体料Y_(3-x)Ca_xIn_yGe_xF_(5-x-y)O_(12)进行了一系列配方和工艺实验。在600～1400G的磁矩范围内获得了小于2.5Oe的线宽,最小为1.4Oe(X频段)。研究了制作工艺和成分对材料微观结构、晶粒长大及线宽的影响,说明成分正分是获得低线宽的先决条件;气孔和第二相有阻碍晶粒长大的作用;在烧结过程中致密化促进了晶粒长大。在适当条件下可以发生晶粒的异常长大,已获得晶粒尺寸大于500μ的大晶粒样品。进行了高温金相观测和热腐蚀,1060℃出现晶界,1260观测到有趣的图象。     

具有窄线宽的掺Ge和热压Ca-V-Bi石榴石

用标准的陶瓷工艺制备了成分为Ca_(3-y)Bi_yFe_(3.5-0.5x+0.5y)Ge_xV_(1.5-0.5x-0.5y)O_(12)的无钇多晶石榴石。能够获得这样的材料,它的居里点T(?)比掺铝的YIG的高,而4πM_s(≤800G)和ΔH值则相同。掺Ge~(4+)离子降低了材料的空孔率(0≤x≤0.3),而且降低了各向异性常数K_1(x≥0.5),这是因为一部分Ge~(4+)离子进入了石榴石结构的16a位置。根据自旋波理论,利用观测得到的单晶K_1/M_s;当0≤x≤0.3时,仅仅石榴石的全线宽的25%是由于各向异性增宽。米用适当的热压工艺,空孔率可降低到接近于零。当成分为(x=0.3,y=0.2)和(X=0.5,y=0.2)时获得了线宽分别为ΔH=12Oe和ΔH=6Oe的小线宽材料。