三大无铅压电陶瓷体系的最新研究进展

铌酸钾钠((K,Na)NbO3,KNN)系、钛酸铋钠((Bi,Na)TiO3,BNT)系以及锆钛酸钡(Ba(Zr,Ti)O3,BZT)系压电陶瓷是目前研究最广泛的三大无铅压电陶瓷体系。本文主要综述了上述三大无铅压电陶瓷体系在性能增强研究方面的最新进展,并对其未来的发展前景进行了展望。     

Zn0.99Cu0.01Al2O4-SrTiO3微波陶瓷介电性能的研究

以分析纯Zn O、Cu O、Al2O3、Ti O2以及Sr CO3为原料,采用传统固相法制备了(1-x)Zn0.99Cu0.01Al2O4-x Sr Ti O3(ZCAST,x=0~0.045)微波介质陶瓷,利用X射线衍射仪、扫描电镜和网络分析仪对其结构、形貌和微波介电性能进行表征。研究了不同x值对ZCAST陶瓷相组成、显微结构以及微波介电性能的影响。结果表明,ZCAST陶瓷的体积密度、介电常数εr随着Sr Ti O3含量的增多而增大。当x=0.04具有最佳微波介电性能:介电常数εr=14.12,品质因数Q×f=28700 GHz,频率温度系数τf=-1.8×10-6/℃。     

添加NaBF4对阳极氧化法制备TiO2纳米管光催化剂的影响

在阳极氧化电解液中添加NaBF₄制得了具可见光活性的B掺杂TiO₂纳米管阵列（B/TNTs）。采用扫描电镜（FE-SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射（XRD）、傅立叶红外光谱（FTIR）、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）以及X射线光电子能谱（XPS）对样品进行表征,以亚甲基蓝（MB）的光催化降解为目标反应评价其光催化活性。结果表明：添加NaBF₄后,TiO₂纳米管表面形貌变化较大;B掺入到TiO₂晶格中形成B-O-Ti键;B掺杂使得TiO₂纳米管表面羟基量增加、光学带隙能减小、光吸收阀值红移,且B掺杂量越多,其相应值的变化量越大;B掺杂能促进TiO₂锐钛矿相的发育,纳米管经550℃煅烧后仍保持未掺杂样品的锐钛矿相结构;NaBF₄的最佳添加量为0.6%（w/w）时,所得样品光催化活性最佳,可见光下光催化降解MB的4 h降解率由未添加的39.90%提高至75.15%,且反复使用10次后其光催化性能基本保持不变;总有机碳（TOC）分析结果表明,MB在可见光下能被B/TiO₂有效矿化。     

A位缺位对SOFC阳极材料La0.6Sr1.4MgMoO6的性能影响

通过柠檬酸低温燃烧法合成了A位缺位的(La06Sr1.4)1-xMgMoO6-δ(x=0,0.02,0.04,0.06,0.08,0.1)固体氧化物燃料电池阳极材料.系统研究了A位缺位量对材料晶体结构、电导率以及电化学性能的影响规律.研究结果表明,A位缺位的LSMM均为双钙钛矿相结构,在5;H2/Ar还原气氛中经1250℃煅烧10 h具有良好的结构稳定性.A位缺位提高了LSMM在空气中的结构稳定性,随着缺位量的增加材料的电子电导率逐渐减小,阳极的极化电阻逐渐减小,电池的功率密度逐渐增加.     

(1-x)(K0.49Na0.51)(Nb0.97Ta0.03)O3-xBi0.5Na0.5ZrO3无铅压电陶瓷的结构与电性能研究

采用固相法制备了(1-x)(K0.49Na0.51)(Nb0.97 Ta0.03) O3-xBi0.5 Na0.5 ZrO3(KNNT-BNZ,x=0,0.01,0.02,0.03,0.04,0.05)无铅压电陶瓷,研究了Bi0.5 Na0.5ZrO3 (BNZ)的掺杂量对KNNT-BNZ陶瓷相结构、微观结构和电性能的影响.结果表明:KNNT-BNZ陶瓷具有纯的钙钛矿结构,随着BNZ掺杂量x的增加,陶瓷从正交相转变为四方相,并在0.03≤x≤0.04出现正交-四方两相共存的多型相转变区域.在该多型相转变区域靠近四方相的边界x =0.04处,陶瓷具有优异的电性能:压电常数d33 =317 pC/N,机电耦合系数kP=36.4;,机械品质因数Qm=68,介电常数ε3T/ε0=1225,介电损耗tanδ =3.1;,剩余极化强度Pr=20.5 μC/cm2,矫顽场Ec=1.16 kV/mm,居里温度Tc=310℃.     

添加LCB玻璃的CSLST微波介质陶瓷低温烧结及其性能研究

采用传统电子陶瓷工艺制备了添加Li2CO3-CuO-B2O3(LCB)玻璃为烧结助剂的(Ca0.9375 Sr0.0625)0.3(Li0.5Sm0.5)0.7TiO3 (CSLST)微波介质陶瓷,并对其烧结特性、晶相组成和介电性能进行了系统的研究.结果表明:通过液相烧结,LCB玻璃能有效降低CSLST烧结温度至900℃.XRD分析结果显示添加LCB玻璃后材料中均产生了杂相.性能分析结果发现随着LCB添加量的增大,陶瓷的体积密度、介电常数εr、品质因数与谐振频率乘积Q×f呈现先上升后下降的趋势,频率温度系数Tf则单调降低.添加质量分数为12.5;的LCB玻璃的CSLST陶瓷在900℃下保温5h可以完全烧结,并具有最佳的微波介电性能:εr=77.7,Q×f=1845 GHz,Tf=21.35 × 10-6/℃.     

复合烧结助剂对CSLST微波介质陶瓷的性能影响

研究了复合添加12.5wt; Li2CO3-B2O3-CuO (LBC)玻璃和不同含量(0～4.0wt;) Bi2O3对(Ca0.9375Sr0.0625)0.3 (Li0.5Sm0.5)0.7TiO3 (CSLST)微波介质陶瓷烧结特性、相组成和介电性能的影响,分析了CSLST陶瓷与银的共烧行为.结果表明:复合添加LBC玻璃和Bi2O3能有效降低CSLST陶瓷烧结温度至875℃,XRD分析结果显示添加0～ 1.0wt; Bi2O3有Cu3Ti3O和CaCu3Ti4O12新相产生,当Bi2O3的添加量大于2.0wt;,杂相消失.随着Bi2O3添加量的增加,陶瓷的频率温度系数Tf向负方向偏移.复合添加12.5wt;LBC玻璃和2.0wt; Bi2O3的CSLST陶瓷,在875℃保温5h烧结后,具有优良的微波介电性能:εr=78.9,Q×f=1852 GHz,τε=3×10-6/C.该材料与银共烧界面结合状况良好,无明显扩散,适合作为LTCC的材料.     

NiO/TiO2复合纳米管的水热制备及光催化性能

采用水热法,制得了管径约为10～15nm、管长约为10～300nm、管壁上附着NiO纳米颗粒的TiO_2纳米管复合光催化剂(NiO/TiO_2).采用X射线衍射、透射电子显微镜、扫描电镜、X射线光电子能谱及紫外-可见漫反射光谱等技术对催化剂进行了表征;以甲基橙为模拟污染物,评价了纳米管的光催化活性.结果表明:NiO晶粒与TiO_2晶粒结合形成p-n异质结,有效地促进了光生电子和空穴的分离;NiO对可见光有强烈的吸收,使复合TiO_2纳米管在整个可见光区域均有很好的光吸收;以上两点使NiO/TiO_2纳米管可见光下的光催化活性大幅提升,500℃煅烧后纳米管对甲基橙1h分解比由纯TiO_2纳米管的7.0%提升至NiO/TiO_2纳米管的95.6%.     

高品质因素MgTiO3-SrTiO3系微波陶瓷介电性能的研究

以分析纯MgO、TiO2、SrCO3为原料,采用固相法制备了(1-x)MgTiO3-xSrTiO3(x=0～0.065)系列微波介质陶瓷材料,研究了添加SrTiO3后,体系的晶相组成、显微结构、微波介电性能之间的变化规律。研究表明,随着SrTiO3添加量的增加,陶瓷的体积密度、介电常数εr、谐振频率温度系数τf都呈增加趋势,但无载品质因素与谐振频率的乘积Q×f的值随添加量的增加呈下降趋势。当x=0.035时,陶瓷可在1380℃保温2 h烧结,此时陶瓷获得近零的频率温度系数:τf=-2.8×10-6/℃、高的品质因素:Q×f=16714 GHz、介电常数:εr=21.5。     

溶胶-凝胶法制备S掺杂TiO2纳米粉体的光催化性能

本研究采用溶胶-凝胶法制备了S掺杂TiO2纳米粉体.采用X射线衍射(XRD)、热重差热(TG-DTA)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、透射电子显微镜(TEM)、能量弥散X射线能谱(EDS)及X射线光电子能谱(XPS)等测试手段对其进行了表征,以亚甲基蓝为模拟污染物,评价了不同热处理条件下的粉体在可见光下的光催化活性.结果表明:S掺杂对TiO2由锐钛矿型向金红石型的转变有抑制作用,但对其微观形貌没有影响;部分S进入TiO2晶格间隙形成Ti-O-S键,部分S以SO2-4的形式吸附于TiO2表面,S含量约为0.3at;;S掺杂TiO2纳米粉体具有较高的可见光催化活性,当硫酸钠加入量为10;,550 ℃煅烧1 h的S/TiO2样品的光催化活性最佳,在可见光下对亚甲基蓝的2 h降解率由未掺杂的74.12;提高至86.15;.