纯相BiFeO3的热稳定和热膨胀性质研究

本研究利用原位高温衍射和高温拉曼技术对纯相BiFeO₃粉体的热稳性和热膨胀性质进行了系统的解析。在升温阶段BiFeO₃始终保持斜方的R3c结构, 但是在降温阶段少量BiFeO₃会分解成为Bi₂Fe₄O₉和Bi₂₅FeO₃₉, 这种分解可能是由氧八面体的倾斜畸变引起的。此外, 还研究了BiFeO₃热力学膨胀系数, 发现它具有各向同性正膨胀性。以上结果也被拉曼光谱所证实。本研究的结果可为制备纯相BiFeO₃材料提供实验指导。     

元素配比对BiFeO3反应烧结相变影响的高温X射线衍射研究

多铁性材料BiFeO₃样品中Bi₂₅FeO₃₉、Bi₂Fe₄O₉等杂相的存在增加了漏电流, 影响了对其磁电耦合机制与调控的深入研究, 然而纯相BiFeO₃陶瓷的制备一直是材料合成中的难点, 其中一个主要原因是对其相变规律的认识还不充分。本研究采用高温原位X射线衍射技术(HT-XRD)及Rietveld精修定量的方法, 并结合高温拉曼光谱技术(HT-Raman), 系统地研究了不同配比(1 : 1, 1.03 : 1, 1.05 : 1)Bi₂O₃/Fe₂O₃在相同升温速率和保温时间下的反应烧结相变过程, 以及降温时反应产物的热力学稳定性, 同时利用背散射电子衍射(EBSD)技术定性研究了降温冷却后烧结产物的物相分布。结果表明: Bi₂O₃必须经历结构相变(斜方-立方)才能与Fe₂O₃反应生成BiFeO₃, 当Bi过量时, BiFeO₃、Bi₂Fe₄O₉、Bi₂₅FeO₃₉三元产物在降温过程中处于热力学不稳定状态, 能有效抑制杂相的生成, 促进BiFeO₃相生成, 且Bi₂O₃/Fe₂O₃在配比为1.03 : 1时相的纯度最高。结合本课题组前期研究结果, 发现Bi过量以及快速升降温是提高BiFeO₃陶瓷相纯度的有效手段。本研究结果可为制备纯相BiFeO₃基陶瓷提供实验依据。     

熔盐法合成SrBi2Ta2O9粉体

采用熔盐法合成了纯的 系层状结构的ＳｒＢｉ_２Ｔａ_２Ｏ_９粉体．采用ＸＲＤ和ＳＥＭ等手段对粉体的结构和形态进行了分析,并与固相法进行了比较,结果表明熔盐法所得粉体形状呈片状,无团聚现象．对影响粉体颗粒尺寸和形状的因素进行了考查,并对熔盐法合成ＳｒＢｉ_２Ｔａ_２Ｏ_９粉体的机理进行了讨论．     

浓度梯度掺杂实现BiFeO3薄膜自极化(英文)

BiFeO₃是一种非常有前途的无铅铁电材料,与大多数传统铁电材料相比,它具有更大的极化和更高的居里温度,为高温应用提供了可能。受到衬底强烈的夹持效应、较大的矫顽场和漏电流的影响, BiFeO₃薄膜难以被极化。自极化是解决这一问题的可行方法。本研究采用溶胶-凝胶法在Pt(111)/Ti/SiO₂/Si衬底上生长了BiFeO₃薄膜,向上梯度薄膜(从衬底BiFeO₃过渡到薄膜表面Bi_0.80Ca_0.20FeO_2.90)以及向下梯度薄膜(从衬底Bi_0.80Ca_0.20FeO_2.90过渡到薄膜表面BiFeO₃)。通过细致地调控薄膜内部缺陷的定向分布形成内置电场,从而导致薄膜具有自极化特性。压电力显微镜结果表明：在BiFeO₃薄膜中,Ca的梯度方向可以调控自极化的方向。此外,类似二极管的单向导通特性验证了薄膜的自极化...     

基于BaO-CaO-Al2O3-B2O3-SiO2体系探究BaCO3的残余量及其对玻璃热性能的影响

采用中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC, Intermediate Temperature-Solid Oxide of Fuel Cell)封接玻璃BaO-CaO-Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂体系探究三种熔制工艺(1300℃保温1 h; 1400℃保温1 h; 1400℃保温3 h)对玻璃原料BaCO₃的残余量及玻璃热性能的影响。利用差热-热重分析(DTA-TG)对配方粉体和不同熔制工艺获得玻璃的热性能进行表征, 根据DTA-TG数据进行了计算并验证BaCO₃的残余量。通过傅里叶红外光谱、XRD和热膨胀系数测定仪对样品进行了表征。结果表明: 采取1300℃保温1 h制备的玻璃中仍有59wt% BaCO₃未分解, 并且析出的单斜BaAl₂Si₂O₈晶体降低了玻璃的膨胀系数; 1400℃保温3 h制备的玻璃由于Al₂O₃含量增加, 玻璃软化点(T_s)明显升高(>800℃), 1400℃保温1 h制备的玻璃在室温到玻璃温度转变点范围内的膨胀系数为10.3×10^-6 K^-1。因此对于本实验玻璃配方, 1400℃保温1 h是最为合适的熔制工艺, 可以用于SOFC电堆的封接。     

In2Se3/CuSe核壳结构微纳粉的合成及其喷涂热处理制备CuInSe2薄膜

分别采用超声微波溶剂热法、常压溶剂热法及高压溶剂热法制备In₂Se₃/CuSe粉体, 研究不同方法制备In₂Se₃/CuSe粉体的物相、形貌, 并利用涂覆-快速热处理法制作薄膜太阳电池吸收层。通过XRD、Raman、FESEM和TEM对样品的物相、形貌和组成进行了表征。结果表明: 超声微波溶剂热法和常压溶剂热法得到的产物是以In₂Se₃+CuSe混合相的形式存在, 高压溶剂热法合成的In₂Se₃/CuSe粉体则呈核壳结构, (以In₂Se₃为核, CuSe为壳)。涂覆-快速热处理法制备CIS薄膜的FESEM照片结果表明, 高压溶剂热法合成的In₂Se₃/CuSe更容易获得平整致密的薄膜。将该CIS薄膜直接用于电池器件的组装, 获得的光电性能参数: V_oc为50 mV, J_sc为8 mA/cm²。     

熔盐法合成SrBi2Ta2O9粉体

采用熔盐法合成了纯的铋系层状结构的SrBi2Ta2O9粉体，采用XRD和SEM等手段对粉体的结构和形态进行了分析，并与固相法进行了比较，结果表明熔盐法所得粉体形状呈片状，无团聚现象，对影响粉体颗粒尺寸和形状的因素进行了考查，并对熔盐法合成SrBi2Ta2O9粉体的机理进行了讨论。     

复合添加剂的共沉淀法制备及ZnO压敏陶瓷研究

采用共沉淀法合成的复合添加剂粉体制备ZnO压敏陶瓷,用TG-DTA热分析沉淀物前驱体, 通过XRD、SEM、EDS和DLS表征复合粉体的物相、形貌、组成元素、粒度及其分布, 测试压敏陶瓷性能、并观察其结构.结果表明, 550℃煅烧前驱体生成各添加剂氧化物的混合物; 650℃煅烧1 h形成组成为(Bi_1.14Co_0.26Mn_0.29)(Sb_1.14Cr_0.57Ni_0.29)O_6.25焦绿石型复合添加剂粉体, 复合粉体平均粒径为0.26μm; 复合粉体制备的ZnO压敏陶瓷的电位梯度为330 V/mm、非线性系数为47、漏电流为5μA/cm², 电性能参数分别优于固相法混合添加剂粉体制备的压敏陶瓷, 这归因于复合粉体制备的压敏陶瓷具有更均匀的显微结构.     

Bi过量以及冷却方式对BiFeO3-BaTiO3陶瓷的相结构及电学性能的影响

采用传统固相烧结法制备了0.7BiFeO₃-0.3BaTiO₃-xBi₂O₃(0≤x≤0.05)无铅压电陶瓷, 研究了Bi补偿量x和冷却方式对其相结构、微观形貌和综合电学性能的影响。结果表明：所有样品均为菱方相(R)和伪立方相(PC)两相共存, 0≤x≤0.01样品为纯的钙钛矿结构, 且x=0.01样品的两相比例C_R/C_PC接近1; x>0.01样品中出现富Bi杂相Bi₂₅FeO₄₀。与冷却方式相比, 优化Bi补偿量更有利于提升BFBT-xBi₂O₃陶瓷的压电性能。随着x增大, d₃₃先增大后减小, 在x=0.01时获得最优值。由于较小的晶粒、较合适的C_R/C_PC以及较大的残余应变, 水冷BFBT-0.01Bi₂O₃陶瓷获得了最优的压电性能(d_33水冷=141 pC/N、k_p=27%)和高T_C=507℃。研究结果表明, BFBT基陶瓷有希望成为兼具高压电性能和高T_C的无铅压电材料体系之一。     

气相传输法制备大尺寸单晶Bi2Se3纳米片、纳米带

低维Bi₂Se₃纳米材料是最新研究发现的一种新型三维拓扑绝缘体材料, 在微电子器件和传感器领域具有广阔的应用前景。本研究采用气相传输法在真空石英管中合成了大尺寸单晶Bi₂Se₃纳米片、纳米带。通过XRD、EDS、Raman、SEM等手段对Bi₂Se₃纳米片、纳米带的物相结构、组成、表面形貌等进行表征。测试结果表明: 气相传输法合成的单晶Bi₂Se₃纳米片、纳米带相纯度高, 结晶性能好, 均是{001}取向; Bi₂Se₃纳米片水平尺寸大, 约为15~180 μm; Bi₂Se₃纳米带长度达860 μm, 宽度约5 μm。根据不同温度下制备的Bi₂Se₃纳米片、纳米带SEM照片及其不同方向结合能的差异, 分析了其可能的生长机制: 在较高温度下沿<001>和方向生长速度快, 生成大尺寸单晶Bi₂Se₃纳米片; 在较低温度下, 沿方向生长速度快, 生成大尺寸单晶Bi₂Se₃纳米带。这些研究结果完善了大尺寸Bi₂Se₃纳米材料的制备工艺, 有望在微电子器件领域得到商业化应用。     

Preparation of a novel Bi2MoO6 flake-like nanophotocatalyst by molten salt method and evaluation for photocatalytic decomposition of rhodamine B

The flake-like nanoscale γ-bismuth molybdate (Bi₂MoO₆) powders as a novel photocatalyst was prepared using Bi(NO₃)₃·5H₂O and Na₂MoO₄·2H₂O as raw materials by a simple low-temperature molten salt method at 350 °C for 1, 4 and 8 h, respectively. The as-prepared samples were characterized with X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM) and UV–vis absorption spectra (UV–vis). The photocatalytic activity of Bi₂MoO₆ crystals was evaluated using the photocatalytic oxidation of rhodamine B (RhB) at room temperature under ultraviolet irradiation. It was found that the band gap adsorption edge of Bi₂MoO₆ is estimated to be 477 nm corresponding to the band gap energy to be 2.60 eV. In addition, the Bi₂MoO₆ powders exhibit good photocatalytic properties to photodegrade RhB at room temperature. Finally, the mechanism of photocatalytic property of Bi₂MoO₆ had been also discussed.     

水热合成BiCl3/Bi2S3复合材料的热电性能

采用水热合成法制备了由纳米棒组成的微米级球形Bi₂S₃颗粒, 然后通过放电等离子烧结技术(SPS)将不同摩尔比例的BiCl₃/Bi₂S₃复合粉末制备成块体。加入适量的BiCl₃不仅提高了Bi₂S₃样品的导电率, 而且降低了其热导率。Bi₂S₃复合0.5mol%BiCl₃的样品在762 K电导率最大, 达到45.1 S·cm^-1, 远高于此温度下纯Bi₂S₃样品的电导率(12.9 S·cm^-1)。Bi₂S₃复合0.25mol% BiCl₃的样品在762 K时热导率最低, 为0.31 W·m^-1·K^-1, 低于同一温度下纯Bi₂S₃的0.47 W·m^-1·K^-1。在762 K下, Bi₂S₃复合0.25mol% BiCl₃的样品获得最大ZT值(0.63), 比纯Bi₂S₃样品(0.22)提高了大约2倍。     

Ag和介孔碳改性Bi_2WO_6光催化剂的合成及其可见光下的光催化性能

采用水热法合成了花球状的Bi2WO6和介孔碳CMK-3/Bi2WO6的光催化剂,然后通过光还原得到了Ag负载的Ag/Bi2WO6和Ag-CMK-3/Bi2WO6,制备出可见光下具有高活性的光催化剂。利用紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)和扫描电子显微镜(SEM)对制备的样品进行表征,评价样品在可见光照射下降解亚甲基蓝(MB)的光催化活性。并研究了CMK-3和Ag负载在Bi2WO6上都能提高其光催化活性的机制。结果表明:CMK-3或Ag负载在Bi2WO6上都能大幅提高Bi2WO6的光催化活性,Ag-CMK-3/Bi2WO6光催化剂的光催化性能优于Ag/Bi2WO6和CMK-3/Bi2WO6光催化剂。     

Synthesis, phase transformation and dielectric properties of sol–gel derived Bi2Ti2O7 ceramics

Sol–gel derived Bi₂Ti₂O₇ ceramic powders have been prepared from methoxyethoxides of bismuth and titanium (molar ratio of Ti/Bi = 1.23 and water/alkoxides = 1.31). The Bi₂Ti₂O₇ phase was stable at a low temperature (700 °C), but it then transformed into mixed phases of Bi₄Ti₃O₁₂ and Bi₂Ti₄O₁₁ at 850–1150 °C. The single phase of Bi₂Ti₂O₇ reoccurred at 1200 °C. Dielectric properties and ferroelectric behavior of samples sintered at 1150 and 1200 °C were examined. Under frequency of 1 MHz, samples sintered at 1150 and 1200 °C had a dielectric constant of 101.3 and 104.2, and a loss tangent of 0.0193 and 0.0145, respectively. Only the sample sintered at 1150 °C showed ferroelectric behavior, where remanent polarization is 3.77 μC cm⁻² and coercive field is 24 kV cm⁻¹. Thus, the Bi₂Ti₂O₇ did not exhibit ferroelectricity, but the mixed phase of Bi₄Ti₃O₁₂ and Bi₂Ti₄O₁₁ did.     

Photochemical synthesis and characterization of Bi2S3 nanofibers

Bismuth sulfide (Bi₂S₃) nanofibers have been successfully prepared by a photochemical method from an aqueous solution of bismuth nitrate (Bi(NO₃)₃) and thioacetamide (TAA) in the presence of complexing agents of nitrilotriacetic acid (NTA) at room temperature. It was found that the irradiation time, the pH of the solution, and the species of complexing agents play important roles in the morphology control of the bismuth sulfate (Bi₂S₃) nanomaterials. The nanofibers were characterized by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), electron diffraction (ED), high resolution transmission electron microscopy (HRTEM), X-ray photoelectron spectra (XPS), and UV-Visible absorption spectra (UV-Vis). Probable mechanisms for the photochemical formation of Bi₂S₃ nanofibers in aqueous solutions are proposed. The photochemical method is a convenient approach for controlling the shape for other metal sulfide semiconductor nanocrystals.     

g-C3N4/Bi12O17Cl2复合物的制备及其光催化性能

以硝酸铋、氯化钠和氢氧化钠为原料用液相沉淀法制备g-C₃N₄/Bi₁₂O₁₇Cl₂复合光催化剂,并用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等手段表征其组成、微观形貌和性能,以罗丹明B为模拟污染物研究了在可见光照射下g-C₃N₄对g-C₃N₄/Bi₁₂O₁₇Cl₂复合光催化剂活性的影响及其光催化机理。结果表明,2% (质量分数) g-C₃N₄/Bi₁₂O₁₇Cl₂复合光催化剂的光催化性能最好,见光90 min后对罗丹明B的降解率达到98%。     

FORMATION OF YBaCu-O SYSTEM SUPERCONDUCTOR BY THERMAL SPRAYING

The YBaCu-O and Bi(Pb)SrCaCu-0 system superconductor coatings by thermal spraying are described. YBaCu-O system superconductor coatings are sprayed by using perovskite type and non-perovskite type powders. As sprayed coatings are not superconducting and there is no perovskite structure even when perovskite type powders are used, but they become superconducting after heat treatment in air. An electrochemical method was also employed, to obtain a high quality superconductor applying an electric field treatment. Bi(Pb)SrCsiCu-0 system superconductor coatings are sprayed by changing the starting composition. As-sprayed coatings were not superconducting, but they become superconducting after heat treatment in air like the YBaCu-O system. The Tc of the sprayed coatings using (Bi_1-xPb_x)₅Sr₃Ca₂Cu₃-O powders is higher than the Tc of sprayed coatings using (Bi_1-xPb_x) ₂Sr₂Ca₂Cu₃-O powders.