Zn3-xMnxTeO6的晶体结构与吸收光谱和磁性研究

本工作主要研究Mn ²⁺离子掺杂的类刚玉系氧化物Zn₃TeO₆(0<x≤2.0)的晶体结构与光学性质和磁性的变化。Zn_3-xMn_xTeO₆粉末样品通过固相反应合成。Mn掺杂量的相图表明, x<1.0时保持单斜(C2/c)结构, 1.0≤x≤1.6为单斜(C2/c)和三方六面体混合相(R-3), x≥1.8时完全转变为R-3相, 且x=2.0时形成ZnMn₂TeO₆, Te-O和Mn/Zn-O键长增大, 八面体发生更大畸变。X射线粉末衍射结构精修也表明R-3相中Zn/MnO₆为畸变八面体。随着Mn ²⁺掺杂含量的增加, Zn_3-xMn_xTeO₆系列化合物不仅结构发生变化, 其颜色也由浅变深。紫外吸收光谱中随着掺杂浓度的增加, 400~550 nm处的吸收增强, 样品的光学带隙也由3.25 eV (x=0.1)逐渐减小到2.08 eV (x=2.0), 分析表明, 可见区吸收的增强是源于MnO₆八面体中Zn/MnO₆八面体中Mn ²⁺离子的d-d跃迁, 导致样品由浅黄色逐渐变为暗黄色。 磁性测试表明, 固溶体的反铁磁转变温度随着Mn ²⁺掺杂量的提高而逐渐增加, 且掺入的Mn ²⁺离子以高自旋态 存在。     

Nd3+:Lu2O3放电等离子烧结及光学性能

Lu₂O₃是具有高热导率而成为极具潜力的高功率激光介质材料。实验以商用氧化物粉体为原料, LiF为烧结助剂, 采用放电等离子烧结法制备了不同Nd³⁺掺杂浓度(C_Nd=0, 1at%, 3at%和5at%) Lu₂O₃透明陶瓷, 并研究了Nd³⁺掺杂浓度对Lu₂O₃陶瓷的物相、烧结性能、微观结构及光学性能的影响。结果表明：在高Nd³⁺浓度(5at%)掺杂后烧结样品仍为纯Lu₂O₃相;Nd³⁺掺杂对Lu₂O₃陶瓷烧结性能及微观形貌的影响有限;所有样品最终均表现出高致密性(99.5%以上)和优异的透光性能, 其中3at% Nd³⁺:Lu₂O₃的透过率最高, 在1064和2000 nm处的透过率分别为82.7和83.2%。Nd³⁺:Lu₂O₃透明陶瓷的最强发射峰位于1076和1080 nm;且随着Nd³⁺掺杂浓度的增加, 荧光强度降低, 寿命变短, 发生浓度淬灭。     

掺铋钇铁石榴石磁光陶瓷的热压烧结及其性能研究

钇铁石榴石(Y₃Fe₅O₁₂, YIG)材料因其优异的磁性能和磁光性能在微波通信、激光技术和光纤通讯等领域具有重要应用。离子掺杂是提高YIG材料磁光性能的有效途径之一, 本研究选择离子半径适配的Bi³⁺掺杂改性YIG陶瓷以提高材料的磁光性能。本工作采用固相法热压烧结制备Bi_xY_3-xFe₅O₁₂ (x=0、0.3、0.6、0.9)陶瓷, 并研究Bi³⁺掺杂对YIG陶瓷材料相结构、微观形貌、红外透过性、磁性能以及磁光性能的影响。结果表明: 陶瓷样品均呈石榴石立方相结构; 显微结构致密, Bi³⁺掺杂后晶粒尺寸不同程度增大; 样品红外透过率良好, 随Bi³⁺掺杂量增大而降低; 陶瓷样品的法拉第旋转角随Bi³⁺掺杂量增加呈线性变化, Bi³⁺掺杂量每增加1% (原子分数), 在波长1064 nm和1550 nm处变化量分别约为-49.0 (°)/cm和-30.2 (°)/cm。Bi_0.6Y_2.4Fe₅O₁₂陶瓷样品在1064 nm和1550 nm波长下法拉第旋转角分别达到-703.3 (°)/cm和-461.5 (°)/cm, 绝对值远高于未掺杂YIG陶瓷的277.6 (°)/cm和172.0 (°)/cm。由此可见, 掺杂适量Bi³⁺可以显著增强YIG陶瓷材料的磁光性能。     

四氧化三钴及掺杂材料电催化性能的研究进展

综述了Co₃O₄及掺杂材料的性质、结构和电催化性能。Co₃O₄中的钴离子是Co²⁺和Co³⁺的混合价。由于Co₃O₄具有独特的尖晶石晶体结构，有利于Co²⁺和Co³⁺离子之间的电子传导，具有空电子轨道且易实现晶格氧化可作为氧还原反应(ORR)催化剂。综述了Co₃O₄的电催化性能的影响因素主要由其表面积和电子态决定，表面积通过调整纳米结构的大小和形貌来调节，电子态可以通过掺入第三种元素或氧空位来调控。综述了Co₃O₄掺杂不同材料后均表现出优异的催化性能与良好甲醇耐受性。Co₃O₄与Pd掺杂可以提高金属Pd在载体表面的分散性，降低金属颗粒团聚；Co₃O₄与P的组合使催化剂的内在活性增强；Co_...     

Sr、Nb掺杂(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3陶瓷的介电性能研究

采用固相反应法制备Sr、Nb掺杂BNBT无铅压电陶瓷,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和介电谱仪表征了样品的晶体结构,表面形貌及介电性能,研究了陶瓷的相结构,微观形貌和介电响应。结果表明,BNBT陶瓷为单一的钙钛矿结构,而BNBT-3SN、BNBT-3SN-3Sr和BNBT-3SN-1Nb陶瓷除了主相钙钛矿结构,存在少量第二相。形貌结构显示出样品相对比较致密,晶粒尺寸分布均匀。SrNb₂O₆的引入使介电峰T_s向低温方向移动,增强弛豫相变程度从而提高了陶瓷基体的介电温度稳定性,BNBT-3SN陶瓷在40～406℃内表现出良好的温度稳定性。通过阻抗图谱分析可知,所有样品主要为晶界传导机制。而且研究表明Sr、Nb掺杂可通过对BNBT-3SN陶瓷氧空位浓度的作用,实现对电导率的调控。随着Sr²⁺的增加,样品的氧空位浓度增加,电导率增大;而Nb⁵⁺的增加,填充了氧空位导致氧空位浓度减小促使电导率降低。     

BaTi1-xCexO3陶瓷结构特性与介电性能的实验研究及第一性原理计算

BaTiO₃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BaTiO₃的介温特性,本工作利用固相合成法制备BaTi_1-xCe_xO₃(x=0～0.20)陶瓷,在BaTiO₃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Ce⁴⁺形式完全进入B位。随着Ce掺杂量的增加,BaTi_1-xCe_xO₃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Ce⁴⁺与Ti⁴⁺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...     

(Bi0.5Na0.5)0.935Ba0.065TiO3-xBiScO3陶瓷储能及应变性能研究

本研究采用BiScO₃组分对固相烧结工艺制备的(1-x)(Bi_0.5Na_0.5)_0.935Ba_0.065TiO₃-xBiScO₃(BNBT-xBS)无铅陶瓷进行改性, 考察了BiScO₃掺杂含量对陶瓷的微观结构、储能、场致应变和介电等性能的影响。结果表明: 随着BiScO₃掺杂含量的增加, BNBT-xBS陶瓷的相结构由三方相与四方相共存演变为伪立方相, 无杂相形成, 且平均晶粒尺寸略有增大; BiScO₃组分的引入破坏了BNBT陶瓷铁电畴的长程有序, 表现出弱极化, 且伴随有铁电相到弛豫铁电相的相变过程。BiScO₃组分提高了储能和应变性能, 在70 kV/cm电场下其最大储能密度为0.46 J/cm³, 电致应变达到0.25%。介电常数随着掺杂含量的增加逐渐降低, 其介电行为也表明陶瓷具有弛豫铁电体特征; BNBT-xBS陶瓷表现出负温度系数效应, 且在450℃以下具有较好的绝缘性。     

γ-NaxCoO2粉体的聚丙烯酸钠凝胶法制备及其表征

本研究发展了一种用于制备氧化物热电材料γ-Na_xCoO₂粉体的化学合成方法——聚丙烯酸钠(PAAS)凝胶法。主要研究了PAAS/Co²⁺摩尔比、原料浓度和煅烧温度对产物相组成及微观形态的影响规律, 探讨了物相形成机制, 同时用该方法结合SPS制备了不同Na离子浓度的Na_xCoO₂多晶样品, 并对其热电性能进行了表征。结果表明, PAAS/Co²⁺摩尔比对产物相组成产生了显著影响, 随着PAAS/Co²⁺摩尔比的增加, 样品的相组成由Co₃O₄相向单相γ-Na_xCoO₂转变, 合适的PAAS/Co²⁺摩尔比为0.8~1.1。而反应原料浓度对产物相组成的影响存在一个临界值(0.025 mol/L), 大于临界值抑制单相形成, 小于临界值促进单相形成。煅烧温度的升高有助于γ-Na_xCoO₂单相的形成, 800℃煅烧得到γ-Na_xCoO₂单相, 晶粒形态呈片状, 平均厚度约200 nm, 片状方向的尺寸在1~4 μm之间。随着Na含量的增加, 样品的Seebeck系数增大, 电导率增加, 热导率降低, 最终导致ZT值大幅增加。     

PrBi4Fe0.5Co0.5Ti3O15多铁陶瓷的性能研究

采用传统固相反应法与两步合成法制备了PrBi₄Fe_0.5Co_0.5Ti₃O₁₅陶瓷, 研究了Pr与Co共掺杂对Bi₅FeTi₃O₁₅陶瓷的结构、磁性能以及介电性能的影响。X射线衍射分析显示, 传统固相反应法制备的样品比两步法制备的样品更容易形成单相结构。铁电和磁性测量证明样品具有多铁性, 并且Pr与Co共掺杂能大幅提高材料的磁性能, 固相反应法与两步合成法制备的样品在室温下的剩余磁化强度(2M_r)分别为0.315, 0.576 Am²/kg, 比文献报道的Bi₅FeTi₃O₁₅陶瓷的2M_r ( 2.7 Am²/kg ) 高5个数量级, 比掺Co的Bi₅Fe_0.5Co_0.5Ti₃O₁₅陶瓷2M_r ( 7.8×10^-3 Am²/kg ) 高2个数量级。     

(Bi0.5Na0.5)TiO3:Sm3+无铅压电陶瓷的红光发射特性

采用传统的固相反应烧结方法制备了稀土Sm³⁺掺杂的(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃无铅压电陶瓷。系统分析了掺杂浓度、烧结温度和离子补偿对发光特性的影响。稀土Sm³⁺离子的加入实现了(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃陶瓷的红绿光发射, 其激发光波段位于400~500 nm范围内, 与已经成熟的蓝光LED芯片的发射光谱充分匹配。当烧结温度为1100℃, Sm³⁺离子的掺杂浓度为0.015 mol时, 陶瓷样品呈现最强的发光强度。同时, 通过Li⁺、Na⁺、K⁺离子进行电荷补偿, 有效提高了陶瓷样品的发光性能, 发光强度随离子半径增大而增强。可见, Sm³⁺掺杂的(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃材料在光电集成器件中具有很好的应用前景。     

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.     

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．     

多元施主掺杂对直流ZnO压敏陶瓷结构与电气性能的影响EI北大核心CSCD

采用传统的陶瓷烧结工艺制备B_(2)O_(3),In_(2)O_(3),Al_(2)O_(3)多元施主掺杂的直流ZnO压敏陶瓷样品,考察不同掺杂比(0.1%~0.4%,摩尔分数)的B_(2)O_(3)对直流ZnO压敏陶瓷样品微观结构和电气性能的影响。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能量色散X射线光谱及数字源表等分别对样品的物相、微观形貌、成分及电性能进行表征。结果表明,多元施主掺杂剂(Al_(2)O_(3),In_(2)O_(3)和B_(2)O_(3))的共掺杂明显改善直流ZnO压敏陶瓷的综合性能,其中,Al_(3)+提高样品的电导率,降低样品的残压比;In^(3+)通过钉扎效应限制晶粒的生长,改善样品的电压梯度;B^(3+)的掺杂增加样品的表面态密度,提高势垒高度并有效抑制泄漏电流的增加。B_(2)O_(3)掺杂量为0.3%时,样品的综合性能最优:电压梯度为486 V/mm,泄漏电流密度为0.58μA/cm^(2),非线性系数为85,残压比为1.55。     

Effect of V2O5 on the Sintering Behavior, Microstructure, and Electrical Properties of (Na/sub 0.5/K/sub 0.5/)NbO/sub 3/Ceramics

Well-sintered (Na_0.5K_0.5)NbO_3-x mol% V₂O₅ ceramics (abbreviated as NKN-V) with fine electrical properties were successfully prepared by conventional solid-state reaction through the careful control of processing conditions. The sintering behavior, phase structure, and electrical properties of the V₂O₅-doped NKN ceramics were investigated. Results show that when the V₂O₅ content is 0.6 mol%, the NKN ceramics attained the maximum density of 4.46 g/cm³ (about 98.9% of the theoretical density) at 1060degC, and therefore possessed enhanced electrical properties. But when the V₂O₅ content continued increasing, the density decreased. The secondary phase (Na₂V₆O₁₆) could be detected by XRD analysis in all samples except x = 0 mol%. The Curie temperature of the NKN-based materials was found to decrease with the increase of V₂O₅. The dielectric properties of NKN ceramics doped with 0.6 and 0.9 mol% V₂O₅ were better than that of pure NKN ceramics. In addition, annealing treatment was proved to be an effective technique for improving dielectric properties and reducing the leakage current density.     

Li1.02CoxCryMn2-x-yO4的固相合成及性能表征

采用固相法合成锂离子正极材料尖晶石相Li1.02CoxCryMn2-x-yO4，研究元素Co、Cr不同掺杂量对产物的结构、晶胞常数、电化学性能和电池内阻的影响．分析表明，掺杂少量的Co、Cr的LiMn2O4依然保持着尖晶石结构；晶胞常数随掺杂量的增加而减小，从而使尖晶石的比表面积增大，有利于提高电池的初始容量；并有效地抑制了充放电过程中的Jahn-Teller效应和Mn^3＋的歧化反应．掺杂Co、Cr后Li1.02MnO4初始容量有所下降，且随掺杂量增加而减小，但能明显改善材料的循环性能．     

Y_(1-x)Sr_xMnO_3陶瓷的制备及相关系

采用固相化学反应方法制备了Y(1-x)SrxMnO3体系的系列样品。利用X射线衍射分析(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)研究了Y(1-x)SrxMnO3体系样品的形貌、相关系和固溶区范围。结果表明,多次研磨和烧结是制备样品的必要条件。采用Rietveld结构精修的方法研究了不同掺杂量对晶体结构的影响。研究表明,晶胞参数a(b)、c和V与掺杂量基本呈现规律性变化,空间群为P63cm单相的固溶区范围大约为x=0～0.04。     

氧化镧掺杂铌酸钾钠陶瓷的电、光性能研究

铌酸钾钠(K_0.5Na_0.5NbO₃, KNN)基陶瓷具有充放电速度快、透明度高、应用温度范围宽、使用寿命长等优点, 在脉冲功率器件等领域具有广阔的应用前景。通过改性技术提高铌酸钾钠基陶瓷的电、光性能是该方向的研究热点。本研究采用固相法制备0.825(K_0.5Na_0.5)NbO₃-0.175Sr_1-3x/2La_x(Sc_0.5Nb_0.5)O₃(x=0, 0.1, 0.2, 0.3)陶瓷(简称0.825KNN- 0.175SLSN), 研究La₂O₃掺杂对其相结构、微观形貌、光学、介电、铁电及储能性能的影响。研究结果表明: 0.825KNN- 0.175SLSN陶瓷具有高对称性的伪立方相结构; 随着La₂O₃掺杂量增大, 陶瓷的平均晶粒尺寸减小, 相变温度(T_m)及饱和极化强度(P_max)增大, 达到峰值后下降。在x=0.3时, 该体系陶瓷表现出优异的透明性, 在可见光波长(780 nm)及近红外波长(1200 nm)范围内透过率分别达65.2%及71.5%, 同时实现了310 kV/cm的击穿场强和1.85 J/cm ³的可释放能量密度。     

B2O3蒸汽掺杂的中低温烧结Y-BaTiO3及其PTCR特性研究

通过B₂O₃蒸汽掺杂,Y-BaTiO₃陶瓷的烧结温度大幅度降低。B₂O₃蒸汽掺杂后的样品,室温电阻率下降,升阻比提高,通过对氧化硼蒸汽掺杂样品的XRD分析研究表明,硼间隙可以在钛酸钡晶格中存在,硼间隙和/或相关缺陷络合物可以形成电子捕获中心,从而提高PTCR效应。     

锰掺杂和氧化铌种子层对铌酸钾钠薄膜电性能的影响

采用溶胶凝胶法制备铌酸钾钠(KNN)系薄膜,根据薄膜的微观形貌结构、电学性能和漏电机制研究了Mn掺杂和种子层对KNN薄膜性能的影响。结果表明：锰掺杂能显著提高薄膜的铁电性能和降低漏电流;在薄膜与衬底之间加入氧化铌种子层,使薄膜的电学性能进一步提高。薄膜的漏电流机制由空间电荷传导和欧姆传导转为欧姆传导和肖特基发射,使漏电流和剩余极化值减小。在强度为600 kV/cm的电场中,有种子层且掺10%(摩尔分数)Mn的KNN薄膜,其最大极化值和剩余极化值分别为20.33 µC/cm²和2.94 µC/cm²。