BiMnO_3的高温高压合成及其结构和磁性研究

利用国产六面顶液压机,以Bi2O3、MnO2和Mn粉末为原料(n(Bi2O3)/n(MnO2)/n(Mn)=2∶3∶1),在高温高压条件下(3~5 GPa,600~800℃),制备了钙钛矿结构BiMnO3烧结体。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、振动样品磁强计(VSM)对烧结样品进行了测试分析,考察了烧结温度、压力对样品结构、组织形貌及磁性的影响。实验结果表明,当烧结温度为600℃时,钙钛矿结构BiMnO3晶粒开始形成,随着温度的升高,其相对含量增加,比饱和磁化强度逐渐增大,而比饱和磁化强度随着压力增大,先增大后减小;样品矫顽力随晶粒尺寸减小而减小。合成钙钛矿结构BiMnO3单相最佳实验条件为4 GPa,800℃,1 h,其居里温度为99 K,在90 K的测试温度条件下,最大的比饱和磁化强度为35 A·m2/kg,最小的矫顽力为37.6×79.6 A/m。     

LiSbO3含量对BiMnO3掺杂K0.5Na0.5NbO3陶瓷的结构与压电性能的影响研究

采用传统陶瓷常压烧结工艺制备(0.996–x)KNN-0.004BM-xLS(x=0、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06)无铅压电陶瓷,着重研究了LS的含量对(0.996–x)KNN-0.004BM-xLS陶瓷相结构和压电性能的影响。结果表明,当x≤0.02时,陶瓷具有单一的正交相结构;当0.03≤x≤0.05时,陶瓷具有正交相与四方相共存的过渡结构;当x=0.06时,陶瓷具有单一的四方相结构。陶瓷的MPB成分范围在0.03≤x≤0.05。随着LS含量的增加,陶瓷材料的d33和kp均先增加后减小,当x=0.05时,均达到最大值,分别为230 pC/N和0.42;陶瓷的To-t和Tc均向低温方向移动;当x=0时,陶瓷的To-t和Tc分别为455和215℃;当x=0.02时,陶瓷的To-t和Tc分别为385和150℃;当x=0.06时,To-t和Tc分别降至370℃和75℃。     

Fe3O4磁性纳米颗粒的合成及其调控

利用水解共沉淀法制备了Fe3O4纳米颗粒,研究了温度和pH值对Fe3O4纳米颗粒粒径、形貌的影响关系。研究结果表明,反应温度从30℃升高到90℃,Fe3O4颗粒的粒径从6～8nm增大到10～12nm;同时,Fe3O4颗粒的饱和磁矩也随着Fe3O4颗粒粒径的增加而升高。溶液pH值会影响Fe3O4纳米颗粒的形状,高pH值易使合成的Fe3O4纳米颗粒为四方形,随着pH值的降低,Fe3O4纳米颗粒向球形转变。Fe3O4纳米颗粒的粒径和形状的可控性为进一步合成、调控Fe3O4电磁功能复合材料奠定了良好基础。     

Fe3O4/聚苯乙烯磁性微球的合成与表征

用化学共沉淀法合成了Fe3O4纳米微粒,并用双层表面活性剂对其进行表面修饰,得到了以水和乙醇为分散介质的磁流体。在磁流体的存在下,用改进的乳液聚合方法合成了Fe3O4/聚苯乙烯磁性微球。X射线衍射研究表明,Fe3O4纳米微粒的平均粒径约为10 nm;在透射电镜下观察磁性微球的粒径在140 nm左右;并用红外光谱和热失重方法表征了复合微球的化学成分及其所含Fe3O4的百分数。阐述了双层表面活性剂改性的机理,并对聚合过程中单体、磁流体及引发剂的用量的影响进行了讨论。     

Co掺杂钙钛矿SrTiO3磁性机理的理论研究

采用第一性原理LDA+U方法研究了Co掺杂SrTiO3的磁性机理,对不同掺杂体系的基态能量、电子结构、态密度、居里温度及缺陷替位能进行了计算分析。结果表明,无氧空位的掺杂体系呈现出反铁磁性或顺磁性,而有氧空位掺杂体系却表现出铁磁性;掺杂体系的晶胞磁矩主要来自于Co离子局域磁矩的贡献;随着Co和氧空位浓度的增加,掺杂体系表现出室温铁磁性;Co离子和氧空位的共同作用降低了体系的缺陷替位能;掺杂体系中Co离子之间的铁磁性耦合可以用束缚磁极子机制解释。     

反相乳液界面合成中空Fe3O4/SiO2磁性微胶囊

报道了一种简单合成中空Fe3O4/SiO2磁性微胶囊的方法,即以反相乳液的水滴作为形成中空结构的软模板,通过界面溶胶-凝胶过程,制备中空Fe3O4/SiO2磁性微胶囊。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)、多晶粉末X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)及磁滞回线测量等手段对样品的结构和性质进行表征和研究。XRD、SAED和FTIR分析结果表明,微胶囊由SiO2和Fe3O4磁性纳米粒子(MPs)组成。SEM和TEM观察结果表明,微胶囊具有中空结构,且SiO2壳层具有多孔特性。磁性能检测结果表明,微胶囊具有超顺磁性和磁响应性。通过对比实验,提出SiO2界面异相成核的中空磁性微胶囊的形成机理。     

Au/Fe3O4磁性纳米粒子的合成及表征

报道了一种合成具有巯基官能团修饰的Au/Fe_3O_4磁性纳米粒子的新方法。采用共沉淀法制备Fe_3O_4磁性纳米颗粒,并在此基础上用聚(烯丙胺)溶液还原HAuCl4,制得Au/Fe_3O_4磁性核壳纳米颗粒,再用3-巯基-1-丙磺酸钠修饰Au/Fe_3O_4磁性纳米粒子,最后得到具有巯基官能团稳定的Au/Fe_3O_4磁性纳米粒子。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、振动样品磁强计(VSM)分别对产物的微观结构及磁性特征进行表征。     

原位生长法制备Fe3O4/TiO2纳米磁性复合体及其表征

采用原位生长法,以钛氧有机化合物为前驱物低温液相在磁性Fe3O4的表面直接形成纳米TiO2,制得Fe3O4/TiO2纳米磁性复合体,利用XRD、SEM、DLS、XPS和PPMS(磁性材料综合物性测量系统)对样品的结构和性能进行表征,并讨论Ti-O-Fe键的形成机理。结果表明:Fe3O4表面被锐钛型的TiO2包覆,且包覆效果良好。该磁性复合体颗粒分布均匀,平均粒径为59nm,饱和磁化强度为3.2emu/g,矫顽力为21Oe。     

溶剂热法合成粒径可控的Fe3O4磁性介孔/空心球

采用简便的溶剂热法合成粒径可控的Fe3O4磁性介孔/空心球(mesoporous/hollow spheres of magne-tite,MHSM),粒径从80 nm至400 nm可调.通过调节反应时间、NH4HCO3与NH4Ac的摩尔比来控制MHSM的形貌、粒径以及介孔-空心的程度.采用XRD、SEM、TEM、VSM多种表征手段对MHSM进行了表征,结果表明NH4HCO3和NH4Ac的摩尔比对MHSM结构的形成、形貌、粒径起关键性的作用;NH4+的浓度对MHSM的粒径和磁性有决定性的影响;保持NH4HCO3和NH4Ac的摩尔比不变,延长反应时间对MHSM的结构与空腔生长有一定的影响.     

静电纺丝法制备PAN/Fe3O4磁性纳米纤维

采用化学共沉淀法制备纳米四氧化三铁,选用曲拉通X-100为分散剂,利用静电纺丝法制备PAN/Fe3O4磁性纳米复合材料。X射线衍射仪(XRD)验证了四氧化三铁在复合纳米纤维中的存在。同时使用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对复合纳米纤维的微观形貌和Fe3O4在纤维中的分布进行了观察,利用热重(TGA)对纳米复合材料的热稳定性进行分析;通过磁性实验分析了纳米复合材料的磁性性能。结果表明,所制备PAN/Fe3O4磁性纳米纤维成型良好,且Fe3O4磁性颗粒在纤维中分散均匀,其与PAN是物理复合。纳米复合材料具有一定磁性,并可由磁性颗粒的加入量进行控制。     

La2O3、Nd2O3、Y2O3对高岭石高温相变动力学的影响

利用综合热分析技术、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和扫描电镜(SEM)研究了La_2O_3、Nd_2O_3、Y_2O_3对高岭石高温条件下转变成莫来石过程的作用,并采用Kissinger方程、Ozawa方程以及JMA修正方程(Ⅰ)和(Ⅱ)分析了La_2O_3、Nd_2O_3、Y_2O_3对高岭石高温相变动力学的影响。结果表明:3种稀土氧化物的掺入对高岭石的相变动力学参数产生了影响,相变活化能和频率因子与未掺入稀土氧化物的高岭石相比有所降低,析晶方式则未发生变化,均属于体积晶化。对比掺入3种稀土氧化物的高岭石相变活化能和频率因子可以看出,Y_2O_3对于高岭石高温条件下相变的促进作用最为明显,相变活化能最低。稀土氧化物对于高岭石高温相变产物影响不大,主晶相为莫来石相,次晶相为方石英相,但稀土氧化物的掺入使得方石英相的结晶度明显提高。     

Bi2Te3纳米结构的制备、磁性掺杂和结构表征

通过液相法制备Bi2Te3纳米管,设计并优化了Co离子的掺磁方案。通过扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、红外光谱和能量色散X射线光谱对制备的样品进行了结构表征。实验结果表明,液相法可制备出晶相良好的Bi2Te3纳米管、Co离子均匀掺杂的Bi2Te3纳米结构样品。     

Superconductivity of Ba1 ? xKxBiO3 (0.35 < x < 1) Synthesized by the High Pressure and High Temperature Technique

Ba_{1 – x} K _x BiO₃ (BKBO) samples with 0.35 < x < 1 were synthesized by the high pressure and high temperature technique. XRD analysis showed that the BKBO samples were single phase for the whole range of the potassium doping concentration. The change of superconducting transition temperature, T _c, as well as lattice parameters have been investigated upon doping concentration. As the K doping concentration (x) increases from x = 0.37, T _c decreases from 30.4 K to almost zero at x = 0.74. However, in some BKBO samples without including any barium in the starting composition (x = 1), which is denoted as KBO samples, superconductivity is observed with T _c as high as 9 K with partial substitutions of Bi at the K site. Depending on the synthesis condition of the KBO samples, T _c and lattice parameters were different from sample to sample. Compared with other superconducting bismuthates, the evolution of T _c by potassium doping in the cubic BKBO system is discussed in terms of its electronic band structure.     

热处理对Bi2O3-B2O3-SiO2凝胶玻璃粉体结构与性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了一种Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂系玻璃粉体,在200 ℃、400 ℃、600 ℃和800 ℃温度下分别对凝胶玻璃粉体进行热处理,借助SEM、TEM、XRD、FT-IR、Raman、XPS、DSC、热膨胀仪及“纽扣”烧结实验分别测定了经不同温度热处理后玻璃粉体的结构与性能,分析了其结构变化对玻璃粉体转变温度T_g和烧结特性的影响。结果显示,在实验温度范围内,随热处理温度升高,Bi³⁺逐渐进入玻璃网络中,[BiO₆]八面体和[BiO₃]三角体、[BO₄]四面体和[BO₃]三角体分别与[SiO₄]四面体以顶角相连的方式构建玻璃网络结构。O1s和Bi4f的电子结合能逐渐增大,B1s的电子结合能减小,玻璃网络结构稳定性增强,导致玻璃转变温度T_g及玻璃膨胀软化点温度T_d升高、 润湿性降低且热膨胀系数略有降低。经600 ℃热处理后,玻璃粉体具有较优的烧结性能,T_g、T_d分别约为485 ℃及542 ℃,热膨胀系数α约为7.067×10-6/℃。     

Sn0.94Sc0.06P2O7的合成及其中温电性能研究

采用固相法合成了Sn0.94Sc0.06P2O7。XRD测试结果表明Sn0.94Sc0.06P2O7表现为单一立方SnP2O7相结构。采用电化学工作站对样品的中温电性能(50~250℃)进行了研究。结果表明,样品在湿润H2气氛中200℃下,电导率达到最大值(2.8×10-2 S·cm-1)。以样品为固体电解质组装氢-空气燃料电池,性能测试表明,在150℃时,其最大输出功率密度为25.02mW·cm-2(厚度:1.7mm),表明Sn0.94Sc0.06P2O7是一种潜在的中温燃料电池的电解质材料。     

溶液燃烧法合成Co3O4纳米粉体及热处理研究

分别以氨基乙酸、柠檬酸、葡萄糖为燃料,Co(NO_3)_2·6H_2O为氧化剂,采用溶液燃烧法合成Co_3O_4粉体,并对氨基乙酸为燃料合成的Co_3O_4粉体在500℃、600℃和700℃热处理,研究其结构、微观形貌和磁学性能。研究表明各燃料配制的前驱体溶液在300℃均可发生燃烧反应合成Co_3O_4粉体,以氨基乙酸为燃料时,合成粉体的颗粒较大,中间有气孔,分散性好,残留少量的氨基乙酸。n(氨基乙酸)∶n(硝酸钴)=1.11∶1时合成的Co_3O_4粉体600℃热处理后得到了高纯度、分散性好、平均径向尺寸80nm的Co_3O_4纳米粉体。以氨基乙酸为燃料合成的Co_3O_4产物在600℃和700℃热处理后,其矫顽力和剩磁值都比500℃热处理后的要小。     

第一性原理对CaTiO3和CaCu3Ti4O12的对比研究

通过Ca替换CaCu_3Ti_4O_(12)晶胞中的所有Cu,建立了包含TiO6八面体扭转的CaTiO3;通过Cu替换CaTiO32×2×2超胞中3/4的Ca,建立了不包含CuO_4正方形的CaCu_3Ti_4O_(12)。采用Materials Studio软件的CASTEP模块,对比了上述晶体和标准晶体成键状况、能带结构、态密度及介电函数,分析了TiO6八面体扭转和CuO_4正方形的影响,发现了Cu-O键或CuO_4正方形对CaCu_3Ti_4O_(12)光频介电常数的关键性作用。研究结果提供了通过内禀机制优化CaCu_3Ti_4O_(12)材料介电性能的新途径。     

无模板剂水热合成Bi12O17Cl2纳米带及其阻燃性能研究

以β-Bi2O3为原料,采用无模板剂水热法制备了Bi_(12)O_(17)Cl_2纳米带,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和高分辨透射电镜(HRTEM)对其形貌和结构进行了表征并作为阻燃剂添加到聚氯乙烯(PVC)中评价其阻燃性能。结果表明,适宜的Bi/Cl物质的量比对水热合成Bi_(12)O_(17)Cl_2纳米带及其化学计量比影响显著,当Bi/Cl物质的量比为1∶2.5时,可得到分散性好、形貌均匀的Bi_(12)O_(17)Cl_2纳米带;改变Bi/Cl物质的量比,纳米带中Bi/Cl化学计量比从6∶1变成2.4∶1。初步探讨了Bi_(12)O_(17)Cl_2纳米带可能的生长机理,在水热反应过程中,Bi 3+与Cl-发生络合反应形成BiCln3-n络合物,从而合成Bi_(12)O_(17)Cl_2纳米带。     

Co掺杂CeO2稀磁氧化物陶瓷和纳米颗粒的铁磁性能

分别采用固相烧结法及激光液相烧蚀(LAL)技术,成功制备出Co掺杂CeO_2稀磁氧化物陶瓷块体和纳米颗粒。XRD和SEM研究发现所制备的材料具有良好的结晶性和形貌。Co掺杂CeO_2稀磁氧化物陶瓷块体和纳米颗粒均为多晶立方结构,与纯立方相的CeO_2结构相同,说明Co掺杂未形成其他结构和杂相。磁性测量表明固相烧结法和激光烧蚀液相法制备的Co掺杂CeO_2样品均具有较高的室温铁磁性,且远高于文献中报道的结果。将陶瓷块材经激光烧蚀成纳米颗粒后,纳米颗粒的铁磁性与陶瓷块材保持一致。这说明激光烧蚀法制备的纳米材料可以很好地保持母材的特性,是一种很好的纳米颗粒制备方法。根据XRD和SEM研究结果,笔者认为Co掺杂CeO_2陶瓷块材及纳米颗粒的室温铁磁性是内禀性质;磁性产生的机理源于氧空位诱导的铁磁性耦合。