Ti掺杂BiFeO3陶瓷的结构和铁电性能研究

用固相反应法制备了BiFe_1-xTi_xO₃(BFTxO)陶瓷样品,研究了不同Ti掺杂量对BFO陶瓷结构、形貌、铁电性能和铁电-顺电相变温度(T_c)的影响. XRD结果表明,当Ti含量x从0增大到0.2,相的结构由菱方钙钛矿逐渐变为斜方结构. Raman光谱的测试和模拟也证实了掺Ti后晶体结构有向三斜晶系转变的趋势. I-V曲线说明Ti掺杂显著降低了BFO陶瓷的漏电流,当Ti掺杂量为0.05时,漏电流最小,在100V电压下,漏电流密度为7.3×10^－6A/cm². Ti掺杂还增强了BFO陶瓷的铁电性,Ti掺杂量为0.05时的剩余极化强度甚至是纯BFO的两倍. 另外,DTA测试显示,Ti掺杂能影响BFO的铁电顺电相变温度. 随着Ti掺杂量的增加,铁电顺电相变温度逐渐降低.     

Ca0.3(Li1/2Sm1/2)0.7TiO3微波介质陶瓷的低温烧结研究

采用传统陶瓷制备工艺, 制备了掺杂Na₂O-CaO-B₂O₃(NCB)氧化物的Ca_0.3(Li_1/2Sm_1/2)_0.7TiO₃(CLST)陶瓷, 研究了NCB掺杂量与晶相组成、显微结构、烧结性能及微波介电性能的关系. 研究结果表明: 复合氧化物NCB掺杂量在1wt%～15wt%范围内没有杂相生成, 晶相仍呈斜方钙钛矿结构. 随着NCB添加量的增加, 陶瓷致密化温度和饱和体积密度降低, 介电常数ε_r、无载品质因数与谐振频率乘积Qf值也呈下降趋势, 频率温度系数τ_f向正方向增大. NCB氧化物掺杂能有效地将CLST陶瓷的烧结温度由1300℃降低至900℃. 添加12.5wt% NCB的CLST陶瓷在低温900℃烧结5h仍具有良好的微波介电性能: ε_r=73.7, Qf=1583GHz, τ_f=140.1×10-6/℃, 满足高介多层微波器件的设计要求.     

Zn-Al共掺对0.95MgTiO3-0.05CaTiO3介电性能的影响

采用固相反应法制备了 (Mg_0.93Ca_0.05Zn_0.02)(Ti_1-xAl_x)O₃介质陶瓷.研究了Zn-Al共掺杂对0.95MgTiO₃-0.05CaTiO₃(95MCT)陶瓷介电性能的影响.结果表明：Zn-Al共掺杂的95MCT陶瓷的主晶相为MgTiO₃和CaTiO₃两相结构,Zn-Al共掺杂可以抑制中间相MgTi₂O₅的产生,同时,有第二相CaAl₂O₄出现;Zn-Al共掺杂能有效地降低95MCT陶瓷的烧结温度至1300℃,改善介电性能,并对介电常数温度系数具有调节作用.当 Zn²⁺掺杂量为0.02mol、Al³⁺掺杂量为0.02mol时, 在1300℃烧结2.5h获得最佳性能：ε_r =20.35, tgδ=2.0×106, α_c=1.78×106.     

Nb2O5掺杂高温无铅(Ba,Bi,Na)TiO3基PTCR陶瓷结构与电性能研究

采用固相反应法制备了施主掺杂浓度不同的Nb₂O₅（分别为0.1mol%、 0.3mol%、 0.5mol%、 0.7mol%）掺杂(Ba, Bi,Na)TiO₃基PTCR陶瓷. 对其微观结构及电性能进行研究发现：随着Nb₂O₅掺杂浓度的增加,陶瓷晶粒尺寸先变大后变小,室温电阻率也随之先减小后增大,说明Nb₂O₅的掺杂量存在一个临界施主掺杂浓度. 当Nb₂O₅施主掺杂量为临界施主掺杂浓度0.5mol%时,获得了居里温度T_c为 183℃、室温电阻率ρ为1.06×10³Ω·cm、升阻比ρ_max/ρ_min为1.0×10⁴的高温无铅PTCR陶瓷. 通过交流复阻抗谱分析,探讨了Nb₂O₅施主掺杂在该PTCR陶瓷中的作用机理.     

Nb掺杂Bi4Ti3O12层状结构铁电陶瓷的电行为特性研究

采用固相烧结工艺制备了Nb⁵⁺掺杂的Bi₄Ti₃O₁₂层状结构铁电陶瓷.运用XRD 和AFM对Bi₄Ti_3-xNb_xO_12+x/2材料的微观结构进行表征,发现所制备的陶瓷均具有单一的正交相结构,抛光热腐蚀表面晶粒的显微形貌表现为随机排列的棒状结构.通过对材料直流电导率与温度关系的Arrhenius拟合,分析丁Bi₄Ti_3-xNb_xO_12+x/2的导电机理. Nb⁵⁺掺杂提高了材料的介电常数,但居里温度随掺杂含量的增加呈线性下降趋势.DSC结果显示Bi₄Ti_3-xNb_xO_12+x/2材料在居里温度处经历了一级铁电相变.样品的铁电性能测试结果表明, Nb⁵⁺掺杂Bi₄Ti₃O₁₂提高了材料的剩余极化Pr,这主要是由于^_Nb5+取代Ti⁴⁺大大降低了材料中氧空位的浓度,使得氧空位对畴的钉扎作用减弱的缘故.     

Sm2O3掺杂BaTiO3陶瓷的结构与电性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了掺杂不同浓度Sm₂O₃(分别为0.001,0.002,0.003,0.005,0.007mol)的BaTiO₃陶瓷,并对其结构与电性能进行了研究.结果表明:Sm₂O₃掺杂BaTiO₃陶瓷的晶型在室温下为四方相,而且随着Sm₂O₃掺杂浓度的增加,BaTiO₃陶瓷的晶粒尺寸变小,说明Sm₂O₃掺杂对BaTiO₃陶瓷晶粒的生长有一定的抑制作用;Sm₂O₃掺杂BaTiO₃陶瓷的电阻率比纯BaTiO₃陶瓷明显下降,当添加量为0.001mol时,电阻率最小,.从4.3×109Ω·m下降为6.536×103Ω·m;Sm₂O₃掺杂BaTiO₃陶瓷的晶粒电阻随着温度的变化,呈现NTC效应,而晶界电阻随着温度的变化,呈现PTC效应,且晶界电阻远远大于晶粒电阻,说明该材料的PTC效应是由晶界效应引起的.     

退火温度对Pt/SrBi2Ta2O9/Bi4Ti3O12/p-Si异质结微观结构与性能的影响

采用sol-gel工艺制备了Pt/SrBi₂Ta₂O₉/Bi₄Ti₃O₁₂/p-Si异质结. 研究了退火温度对异质结微观结构与生长行为、漏电流密度和C-V特性等的影响. 研究表明: 成膜温度较低时,SrBi₂Ta₂O₉、Bi₄Ti₃O₁₂均为多晶薄膜, 但随退火温度升高, Bi₄Ti₃O₁₂薄膜沿c轴择优生长的趋势增强; 经不同退火温度处理的Pt/SrBi₂Ta₂O₉/Bi₄Ti₃O₁₂/p-Si异质结的C-V曲线均呈现顺时针非对称回滞特性, 且回滞窗口随退火温度升高而增大, 经700℃退火处理后异质结的最大回滞窗口达0.78V; 在550～700℃范围内, Pt/SrBi₂Ta₂O₉/Bi₄Ti₃O₁₂/\\p-Si异质结的漏电流密度先是随退火温度升高缓慢下降, 当退火温度超过650℃后漏电流密度明显增大, 经650℃退火处理的异质结的漏电流密度可达2.54×10^-7A/cm²的最低值.     

Mn-Mg共掺杂对钛酸锶钡薄膜介电性能的影响

用溶胶-凝胶法在Pt/Ti/SiO ₂/Si衬底上制备了系列Mn-Mg共掺杂的钛酸锶钡(Ba _0.25 Sr _0.75 TiO ₃)薄膜. X射线衍射以及场发射扫描电镜分析表明: 薄膜为钙钛矿结构且无杂相生成, 薄膜表面晶粒均匀、无裂纹. 测试了不同浓度掺杂薄膜的介电性能, 掺杂浓度为1mol% 时, 薄膜的介电常数、损耗、可调性和漏电流密度分别为200、0.010、38%、1×10^-5 A/cm ². 性能改善后的薄膜材料可以用来制作微波可调器件.     

PZT95/5铁电陶瓷的掺杂改性研究

采用固相烧结法制备锆钛酸铅95/5(PZT95/5)材料,以“相同化合价,不同原子半径;相近原子半径,不同化合价”的原则,选择了碱金属族、碱土金属族元素的碳酸盐以及Fe₂O₃、SiO₂、Nb₂O₅、WO₃等作为掺杂物分别对其进行掺杂改性.研究了掺杂对材料介电性能、极化性能和低温-高温铁电相的相变温度的影响.发现受主掺杂使得材料的介电常数降低,施主掺杂使得材料的介电常数提高;剩余极化随着掺杂离子的化合价增大而增大;制备得到了低温-高温铁电相相变在15℃的铁电材料,在实际应用上有重要意义.     

不同掺杂对Ba3Y(BO3)3晶体的生长和相变的影响

结合X射线粉末衍射和差示扫描量热法,系统研究了不同格位上的掺杂对Ba₃Y(BO₃)₃晶体的生长和相变的影响. 研究发现,相同掺杂浓度10at%时,掺Nd³⁺的α-Ba₃Y(BO₃)₃晶体的相变温度（1099.6℃）比掺Yb³⁺的晶体的相变温度（1145.3℃）低;且随着掺Nd³⁺浓度的降低,晶体的相变温度升高,晶体在降温过程中更容易发生相变. 在晶体中掺入Sr²⁺离子,可以有效提高Yb³⁺∶α-Ba₃Y(BO₃)₃晶体的稳定性. 随着Sr²⁺掺入浓度的增加,晶体的熔点升高,相变温度降低. 当Sr²⁺掺杂浓度为16at%时,晶体的相变峰消失;当Sr²⁺掺杂浓度分别为5at%、10at%时,晶体仍然发生相变.     

LiTa3O8薄膜制备与电性能研究

以乙醇锂和乙醇钽为起始反应物, 用溶胶-凝胶法在Pt/Ti/SiO₂/Si衬底上制备了新型钽酸锂LiTa₃O₈铁电薄膜. 经XRD图谱对比, 该薄膜结构不同于LiTaO₃晶体结构, 与正交相结构类似. SEM分析显示经过750℃结晶退火的LiTa₃O₈薄膜表面均匀平整无裂纹, 膜厚约为1μm. 实验结果表明, 在450kV/cm时, LiTa₃O₈薄膜剩余极化强度P_r为9.3μC/cm², 矫顽场强E_c为126.8kV/cm; 在9.5kV/cm时, LiTa₃O₈薄膜漏电电流为8.85×10^-9A/cm², 比LiTaO₃薄膜漏电小; 在1kHz时, LiTa₃O₈薄膜介电常数为58.4, 介电损耗为0.26. 溶胶-凝胶法制备的 LiTa₃O₈薄膜结晶温度比LiTaO₃薄膜高50℃以上.     

B位异价离子(Al,Cr)置换对Li3xLa2/3-xTiO3离子电导率的影响

研究了B位Al,Cr异价离子置换对Li_3xLa_2/3-xTiO₃(x=0.13)离子电导率的影响。结果表明:用适量离子半径较小的Al³⁺(0.535A)置换Ti⁴⁺(0.605A)可有效地提高其离子电导率,当B位铝离子的置换量为y=0.02时,组分为(Li_0.39La_0.54)_1+y/2Al_yTi_1-yO₃的材料其室温下的体离子电导率σ_b=(1.58±0.01)×10^-3S·cm^-1,这一结果是迄今为止钙钛矿锂离子导体材料文献报道的最好水平。然而,分析结果表明,离子电导率的提高难以用锂离子迁移“瓶颈”尺寸的变化,TiO₆八面体张缩能力及A位阳离子和空位的有序性来解释,因B位异价离子置换而引发的Li⁺离子键强度的变化被认为是导致锂离子电导率提高的原因。     

离子交换法制备钛酸钾纳米纤维及其表征

采用离子交换法, 即以KOH溶液与钛酸纳米管(H₂Ti₂O₄(OH)₂)反应, 制备了钛酸钾纳米纤维. 透射电镜(TEM)和X射线衍射分析(XRD)结果表明, 经过离子交换, 形貌由纳米管变为纳米纤维, 晶体结构亦发生改变. 利用原子吸收分光光度法, 比色法和X射线光电子能谱(XPS)对离子交换产物的Ti, K元素的原子比和化学价态进行分析, 结果表明, 离子交换产物的经验式为: K_1.34H_0.66Ti₂O₄(OH)₂与H₂Ti₂O₄(OH)₂纳米管相比, 钛酸钾纳米纤维的热稳定性较好, 700℃以上的热处理才使其晶型发生改变, 出现单斜型的K₂Ti₄O₉. 高温处理导致钛酸钾纳米纤维的直径增加, 但仍保持较大长径比. 该材料的BET比表面积为104m²·g^-1.     

介孔氧化钛晶须的合成及机理研究

利用二钛酸钾(K₂Ti₂O₅)独特的三角双锥层状晶体结构, 通过水化反应过程, 控制其介相结构转变, 获得介孔氧化钛晶须, 经N₂吸附-脱附测试比表面积为248m²/g. 高温500℃晶化为锐钛矿型, 比表面积仍可达139m²/g, 孔径为8.7nm, 并且晶须形貌不变. 通过XRD、TEM和HREM等手段, 考察了水化反应过程中K₂Ti₂O₅的结构变化, 提出KOH·nH₂O纳米相的形成是介孔结构的来源.     

锆钛复合氧化物的制备及用作Pt三效催化剂载体的性能

用共沉淀法制备了Zr_0.5Ti_0.5O₂复合氧化物, 考察了沉淀时的pH值、温度及焙烧温度对样品织构性能的影响. 分别用BET、XRD、NH₃-TPD 对样品的织构、结构性能和表面酸性进行了表征. 将经过不同温度焙烧后的样品作为载体制备成Pt/Zr_0.5Ti_0.5O₂催化剂, 考察了催化剂对C₃H₈、CO、NO 的催化性能, 并与传统的以La-Al₂O₃为载体的Pt/La-Al₂O₃汽车尾气三效催化剂进行了比较. 结果表明: 当沉淀时的pH=11、温度为25℃、焙烧温度为550℃时, 所制得的样品具有较好的织构性能(比表面积为195m²· ^-1、孔容为0.28mL·g ^-1)、较强的表面酸性和较宽的酸度分布; 用该样品制备的汽车尾气三效催化剂与传统的以La-Al2O3作载体的Pt/La-Al₂O₃催化剂相比, 具有更好的HC和CO催化性能和优异的NO转化性能.     

钛掺杂的α-Fe2O3-K2O纳米湿敏陶瓷结构与性能研究

采用硬脂酸凝胶法新工艺在α－Fe₂O₃－K₂O复合体系中掺入TiO₂.XRD、BET比表面吸附、Archimede排水法等手段对掺钛α－Fe₂O₃－K₂O纳米陶瓷分析表征结果表明,适量掺杂TiO₂,材料仍保持α－Fe₂O₃的刚玉结构,且具有很高的热稳定性,但抑制了主晶相晶粒成长,增大了材料比表面积及孔隙率．电性能及湿敏特性测试结果表明,适量掺杂TiO₂,降低了材料固有电阻,显著减小了材料湿滞;认为钛掺杂使材料晶粒细化;从而使K+更加分散地沉积在α－Fe₂O₃晶粒表面非晶壳层中,是改善材料湿滞的主要原因．     

SiO2柱层状钛酸的制备及光催化性能

采用分步反应法制备SiO2柱层状钛酸(SiO₂-H₂Ti₄O₉)光催化材料, 研究了制备过程中烷基胺的链长、胺预撑后的洗涤方式以及与正硅酸乙酯(TEOS)水热反应时间等因素对SiO₂-H₂Ti₄O₉结构的影响. 以亚甲基蓝(Methylene Bule, MB)为探针反应物, 考察了SiO₂柱层状钛酸的光催化性能. 结果表明, 随着烷基胺链长增加, 层间距增大, 有利于在层间引入TEOS; 用1:1的乙醇水溶液洗涤正十二胺撑后的产物的结晶度显著高于用无水乙醇洗涤的产物; 胺撑后的产物与TEOS在130℃条件下水热反应两次可得到层间距为1.45nm、比表面积为148.4m²/g、结构较规整的SiO₂-H₂Ti₄O₉柱层状材料. 该柱层状材料对亚甲基蓝具有较高的光催化活性.     

网眼陶瓷凝胶成型工艺条件研究

以α-Al₂O₃为主原料制备凝胶注模浆料, 采用浸渍工艺制备了均匀性好、强度高的网眼陶瓷材料. 研究了固相含量、分散剂与pH值等对Al₂O₃浆料流变特性的影响. 实验表明: 在pH=9、分散剂添加量为0.5wt%及固相体积分数为57%时, 可以获得良好流动性(粘度为140mPa·s)的浆料; 研究了聚氨酯泡沫塑料载体表面改性对浆料吸附力的作用, 采用氩等离子体处理并在丙烯酸溶液中接枝反应使聚氨酯泡沫塑料有效吸附浆料量从0.42g/cm³提高到0.71g/cm³. 制备出气孔率为86%、体积密度为0.52g/cm³、耐压强度为3.60MPa和均匀无盲孔的Al₂O₃泡沫陶瓷材料.