纳米钛酸钡基介电材料的水热合成、结构与性能

采用低温-低压水热法, 在170℃, 0.8 MPa以下合成了一系列Ba_1-xSr_xTi_1-yZr_yO₃ (0≤x≤0.5, 0≤y≤0.3)和Ba_1-xZn_xTi_1-ySn_yO₃(0≤x≤0.3, 0≤y≤0.3)固溶体纳米粉末. 经XRD物相分析和d-间距-组成图证明, 产物为立方钙钛矿结构的完全互溶取代固溶体, 结果符合Vegard 定律. TEM形貌观察, 粒子为均匀球形, 平均粒径70 nm. 通过制陶实验, 分别测定了两个系列固溶体纳米粉末的室温介电常数、介电损失以及介电常数随温度的变化, 结果发现, 用软化学方法在BaTiO₃中掺入适量锶、锌和锆、锡, 由于掺杂离子均匀进入母体晶格, 引起T_C降低, 室温介电常数达18000, 比BaTiO₃纯相提高12倍, 而介电损失却降低至1/6.     

铪掺杂对锆钛酸钡钙陶瓷电学性能的调控

用固相反应法制备了B位Hf掺杂的Ba_0.95Ca_0.05 Zr_0.05Ti_0.95-xHf_x (BCZ_0.05T_(0.95-x)-xH) (x=0、0.02、0.04、0.06和0.08)陶瓷。研究B位同时含有Hf、Zr、Ti三种元素时,BCZ_0.05T_(0.95-x)-xH陶瓷的相结构变化与电学性能的差异。XRD测试结果表明：Hf₄₊^融入晶格,造成晶格膨胀。BCZ_0.05T_(0.95-x)-xH(x=0、0.02)陶瓷的XRD测试结果表明,该体系中存在明显的四方相与正交相共存的多晶型相转变(PPT),但正交相逐渐转变为主晶相;BCZ_0.05T_(0.95-x)-xH (x=0.04、0.06)陶瓷的XRD结果表明,四方相进一步减少,三方相却逐渐增加;当x继续增大到0.08时,XRD测试发现该体系只存在正交相和三方相结构。SEM测试发现,随着Hf的掺杂量增加,晶粒尺寸逐渐减小。剩余极化随Hf掺杂量的增加先增大再减小,在x为0.02时取得最大值,Hf掺杂显著降低矫顽场(Ec)。压电测试结果表明BCZ_0.05T_0.96-0.04H陶瓷具有最大压电系数(d₃₃=259 pC/N)。     

钐掺杂对钛酸钡锶陶瓷结构和介电性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了系列Sm掺杂的Ba(0.8-3x/2)SmxSr0.2TiO3(x=0,0.001,0.003,0.006,0.008 and 0.010)粉体及陶瓷。利用X射线粉末衍射、扫描电子显微镜和精密阻抗分析表征了样品的结构和性质。X射线衍射结果表明Ba(0.8-3x/2)SmxSr0.2TiO3粉体在800℃预烧2 h后为单一的钙钛矿结构;通过对陶瓷微观形貌研究发现,Sm掺杂可以明显地抑制陶瓷晶粒生长,随着Sm掺杂量的增加,晶粒尺寸由40μm减小到2μm;居里温度随着Sm掺杂量的增加而线性降低,移动速率为10℃/mol%,室温下介电常数呈现先增加后减小的趋势,并在x=0.006时达到最大值7800。     

钕掺杂对（Ba0.6Sr0．4）TiO3／MgO陶瓷结构和性能的影响

采用X射线衍射、扫描电镜及介电性能测试,研究了Nd掺杂对42%(Ba0.6Sr0.4)TiO3/58%MgO(质量分数)复相陶瓷微结构和低频介电性能的影响.结果表明,添加O%～0.6%Nd203的材料均由(Ba,Sr)TiO3和Mgo两相组成,不含其他物相.随着Nd2O3掺杂量的增加,材料的晶粒尺寸变大,晶粒结合更加紧密.适量的Nd2O3掺杂可以获得适中的介电常数和较高的介电可调度,并使材料的介电损耗显著改善.0.4%(质量分数)的Nd2O3掺杂使材料的居里温度从-24.6℃迅速降低至-79.2℃,并改善了材料的温度稳定性.这时材料具有很好的介电性能,室温下(约25℃),100 kHz时介电常数为103.0,介电损耗为0.0005,2V·μm-1偏置电场下样品的介电可调度为9.15%(10 kHz),能够满足移相器的应用要求.     

铬和钼掺杂对HCa2Nb3O10/Pt光催化性能的影响

通过高温固相反应合成了铌酸盐KCa2Nb3O10及Cr3+和Mo6+掺杂(摩尔分数5%)的KCa2Nb3O10,并通过离子交换反应制备出HCa2Nb3O10及Cr3+和Mo6+掺杂的HCa2Nb3O10,采用X射线衍射、原子吸收光谱、扫描电镜等对所制得的样品进行了表征.在甲醇为电子给体、Pt为助催化剂的情况下,研究了催化剂HCa2Nb3O10及Cr3+和Mo6+掺杂的HCa2Nb3O10在紫外光辐射下分解水产氢的光催化活性,并讨论了引起催化剂活性差异的原因.     

制备条件对Bi3+掺杂纳米TiO2光催化性能的影响

以钛酸四丁酯为原料,采用溶胶-凝胶法制备了掺杂铋的TiO2纳米微粒,通过正交实验法研究了溶剂乙醇量,加水量,铋掺杂百分比,抑制剂乙酸和pH调节剂浓硝酸用量等因素对光催化剂性能的影响,催化剂活性用光催化降解偶氮胭脂红溶液的降解率表示,确定了各因素的最佳水平,即浓硝酸0.2mL,铋掺杂量0.5%,水7.2mL,无水乙醇60...     

Nd2O3掺杂(BaSr)TiO3对陶瓷结构和性能的影响

采用常规固相反应法,以Ba0.6Sr0.4TiO3 10%MgO(BSTO)体系为基体成分,研究了Nd2O3掺杂对其显微组织结构和介电性能的影响规律,结果表明掺杂Nd2O3后,抑制了BSTO晶粒的生长;随着Nd2O3掺杂量的增加,陶瓷的晶粒尺寸变小,密度增大,材料的居里温度向负温度方向移动,并且展宽了介电峰,使材料的温度稳定性提高,此外,随着Nd2O3掺杂量的增加,材料的可调性减小,介电常数减小。     

Bi掺杂NaTaO3中Bi的化学价态对其光催化性能的影响

分别采用NaBiO3和Bi(NO3)3为Bi源制备了Bi掺杂NaTaO3光催化剂,研究了Bi离子的价态对NaTaO3光催化分解水制氢性能的影响.采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见吸收光谱研究了催化剂的晶体结构、Bi离子的化学状态和催化剂的光学吸收性能.以光催化分解水制氢反应研究了Bi离子掺杂NaTaO3的催化性能. XRD结果表明,对于两个不同Bi源掺杂的NaTaO3样品, Bi离子的掺杂没有改变催化剂的单斜相结构,但拉曼光谱证实Bi离子的掺杂致使Ta–O–Ta键角偏离了180o. XPS结果表明,以Bi(NO3)3为Bi源时, Bi离子以Bi3+掺杂于NaTaO3的A位;当以NaBiO3为原料时, Bi3+和Bi5+共掺杂于NaTaO3的A位.两种不同Bi源掺杂得到的样品在紫外-可见吸收光谱中给出了相似的光学吸收,但Bi3+的掺杂对NaTaO3光催化性能影响不大,而Bi3+和Bi5+共掺杂大大提高了NaTaO3的光解水制氢性能. Bi离子取代Na离子在A位的掺杂,在NaTaO3结构中引入了能够促进载流子分离的空位和缺陷;与此同时, Bi的掺杂导致Ta–O–Ta键角偏离180o而不利于载流子迁移.对于Bi3+掺杂的NaTaO3样品,这两种作用相互抵消,使得其催化性能与NaTaO3相比没有变化;而Bi3+和Bi5+的共掺杂和高价态Bi5+的掺杂引入了更多的空位和缺陷,提高了光生电子-空穴的分离效率,从而提高了光催化产氢性能.研究表明,光催化过程中载流子的迁移是影响催化性能的重要因素,而在ABO3钙钛矿结构的A位引入高价态离子是促进光生载流子分离的有效途径.     

施主掺杂对BaTiO3钙钛矿半导体纳米晶光催化性能的影响

以沉淀法制备的Cu_2O为牺牲模板剂,采用水热法制备La施主掺杂的BaTiO_3钙钛矿半导体纳米晶,借助X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、X射线光电子能谱((XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)表征La掺杂的BaTiO_3晶的物相、微观形貌及光催化性能。结果表明,La掺杂BaTiO_3构建了晶体缺陷,有效提高了BaTiO_3的光催化性能。当掺杂量为4%(w/w)时,样品的光催化性能最好,在可见光照射360 min后,对4-硝基苯酚溶液的降解率可达到93.2%。该催化剂5次循环后的活性仍然大于86.7%,表明La施主掺杂的BaTiO_3是一种有效的可见光催化剂。     

Nd2O3添加量对BaTiO3陶瓷介电性能的影响

BaTiO₃ ceramics doped with Nd₂O₃(the additive content was respectively 0.001,0.002,0.003,0.005,0.01,0.03mol)were prepared by Sol-Gel method. Effects of Nd₂O₃ contents on the dielectric constant (ε), the dielectric loss (tanδ) ,the Curie-temperature (T_C) and the resistivity (ρ) of BaTiO₃ ceramic were studied. When Nd₂O₃ content was 0.001mol and 0.002mol, the dielectric constant was increased obviously, but the dielectric loss was also increased. When Nd₂O₃ content was 0.003mol, the dielectric constant was increased, and the dielectric loss was decreased, which was suitable for application in condenser. The resistivity was decreased obviously with the increasing of Nd₂O₃ contents, the resistivity was the smallest when Nd₂O₃ content was 0.001mol. The Curie-temperature was also decreased with the increasing of Nd₂O₃ contents.     

BaPbO3与BaTiO3多晶态陶瓷缺陷结构对比

BaPbO，是具有类金属导电特性的钙钛矿结构导电陶瓷，其晶体结构由Ba2＋和O^2-离子紧密堆积形成，pb^4＋离子占据由O^2-离子形成的八面体空隙。BaTiO3同为钙钛矿结构的陶瓷材料，由Ba^2＋和O^2-离子紧密堆积形成，Ti^4＋离子占据由O^2-离子形成的八面体空隙。BaPbO3和BaTiO3的A位离子相同,B位离子都为可变价离子。     

溶胶凝胶法制备Nd2O3改性钛酸钡陶瓷的研究

The technological condition for the preparation of BaTiO₃ ceramics doped with Nd₂O₃ by Sol-Gel was deter-mined through orthogonal experiment. When n_Ba(Ac)2∶n_Ti(OC4H9)4∶n_Nd2O3∶n_{CH3(CH2)2CH2OH}∶n_H2O=1.00∶1.00∶0.003∶7.30∶37.04, pH=3.5,T=25℃,the light-yellow-transparent-stable solution and thorough transparent gel was generat-ed, the transforming time of solution to gel was 25h. The crystal structure and particle size of BaTiO₃ ceramics doped with Nd₂O₃ were studied by SEM and X-ray respectively, the type of the crystal was tetragonal, the particle size was about 24.7nm. The dielectric constant (ε) and dielectric loss (tanδ) of BaTiO₃ ceramics doped with Nd₂O₃ were determined between 10⁴～10⁶Hz, and the results showed that the dielectric constant was increased obviously, the dielectric loss was decreased clear and the resistivity (ρ_V) was also decreased noticeably.     

稀土对BaTiO3陶瓷的气相化学热扩渗及其电性能研究

采用气相法对钛酸钡陶瓷扩渗稀土元素，稀土扩渗使BaTiO₃陶瓷的电性能发生了显著变化。室温电阻率明显下降，从4.3×10⁹Ω·m变为4.84Ω·m;随着频率增大和温度升高，交流电导逐渐增大，BaTiO₃陶瓷的导电性更强。稀土扩渗使BaTiO₃陶瓷的介电常数明显增加，尤其在低频下增加显著;介电常数随温度的变化呈明显的PTC效应，并使BaTiO₃陶瓷的居里温度升高为124.9℃。经XRD分析，扩渗的稀土元素并没有进入BaTiO₃陶瓷的晶格中，而是存在于晶界上。经XPS测试分析，稀土扩渗后的BaTiO₃陶瓷中钡、钛、稀土等都存在着不同程度的变价，因而导致了BaTiO₃陶瓷电阻率的降低。TG-DTA曲线分析表明，稀土扩渗后的BaTiO₃陶瓷有较好的高温热稳定性。     

B2O3-Bi2O3-ZnO-Al2O3玻璃助烧剂对BaTiO3陶瓷烧结条件、晶体结构和介电性能的影响

通过调节B₂O₃‐Bi₂O₃‐ZnO‐Al₂O₃(BBZA)玻璃的添加量研究其对钛酸钡(BaTiO₃)陶瓷烧结条件、晶体结构和介电性能的影响。结果表明：添加适量的BBZA玻璃能够有效地将BaTiO₃陶瓷烧结温度由1350℃降至950℃,并使其致密化。同时,添加BBZA玻璃后,BaTiO₃的晶体结构随着烧结温度的升高而发生转变(立方相→四方相)。另外,BBZA玻璃的引入使BaTiO₃陶瓷的居里峰得到了有效的抑制和拓宽。陶瓷微观形貌显示,玻璃相均匀分布在BaTiO₃晶粒表面。优化的BaTiO₃陶瓷制备条件如下：BBZA添加量(质量分数)为2.0%,烧结温度为950℃。在该条件下制备的BaTiO₃陶瓷介电常数达到1364,介电损耗低至1.2%。     

Bi掺杂对La_(0.1)Sr_(0.9)TiO_3陶瓷热电性能的影响

在5%H_2+95%N_2(V/V)还原气氛中1 500℃烧结4 h制备La_(0.1)Bi_xSr_(0.9-x)TiO_3(x=0、0.05、0.075、0.1)陶瓷,并对其组成、显微结构和热电性能进行研究。结果表明:掺Bi试样的主晶相均为Sr Ti O3,当Bi掺杂量大于0.075时,样品中出现少量Bi_2O_3杂相;掺Bi试样的晶粒发育完全,形状规则,结合紧密,显示出Bi_2O_3良好的助烧效果。另外,Bi元素掺入使La_(0.1)Sr_(0.9)TiO_3陶瓷的电导率和Seebeck系数绝对值显著增加,说明Bi元素的掺入可有效提高材料的载流子浓度和载流子迁移率。其中,x=0.075时试样的功率因子最大,在400℃时为692μW·m~(-1)·K~(-2)。虽然其热导率比未掺杂Bi试样有所提高,x=0.075时试样的ZT值在500℃时仍可达0.172,比未掺杂Bi试样提高了130%。     

Bi掺杂对La0.1Sr0.9TiO3陶瓷热电性能的影响

在5% H₂+95% N₂（V/V）还原气氛中1 500℃烧结4 h制备La_0.1Bi_xSr_0.9-xTiO₃（x=0、0.05、0.075、0.1）陶瓷,并对其组成、显微结构和热电性能进行研究。结果表明：掺Bi试样的主晶相均为SrTiO₃,当Bi掺杂量大于0.075时,样品中出现少量Bi₂O₃杂相;掺Bi试样的晶粒发育完全,形状规则,结合紧密,显示出Bi₂O₃良好的助烧效果。另外,Bi元素掺入使La_0.1Sr_0.9TiO₃陶瓷的电导率和Seebeck系数绝对值显著增加,说明Bi元素的掺入可有效提高材料的载流子浓度和载流子迁移率。其中,x=0.075时试样的功率因子最大,在400℃时为692 μW·m^-1·K^-2。虽然其热导率比未掺杂Bi试样有所提高,x=0.075时试样的ZT值在500℃时仍可达0.172,比未掺杂Bi试样提高了130%。     

低温合成四方相BaTiO3及其压电催化性能

基于淀粉糊化机制低温合成了四方相BaTiO₃粉体。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、紫外可见吸收光谱、X射线光电子能谱对合成粉体的形貌、物相进行表征;在超声条件下,以系列典型染料为降解对象测试BaTiO₃压电催化性能。结果显示,煅烧温度为600℃时即可获得四方相BaTiO₃粉体,且随着温度的提升,结晶度逐渐增加;当煅烧温度为700℃时,合成的BaTiO₃粉体尺寸分布均匀,分散度良好,呈现类立方体状;在超声驱动下,BaTiO₃降解罗丹明B、刚果红、甲基橙染料时均展现出良好的效果,反应速率常数分别为1.090×10^-2、1.113×10^-2、1.084×10^-2 min^-1,并以降解刚果红为对象揭示其压电催化的机理,即空穴和超氧自由基是降解过程中的主要反应物质。     

B2O3-Bi2O3-ZnO-Al2O3玻璃助烧剂对BaTiO3陶瓷烧结条件、晶体结构和介电性能的影响

通过调节B₂O₃-Bi₂O₃-ZnO-Al₂O₃(BBZA)玻璃的添加量研究其对钛酸钡(BaTiO₃)陶瓷烧结条件、晶体结构和介电性能的影响。结果表明：添加适量的BBZA玻璃能够有效地将BaTiO₃陶瓷烧结温度由1 350℃降至950℃,并使其致密化。同时,添加BBZA玻璃后,BaTiO₃的晶体结构随着烧结温度的升高而发生转变(立方相→四方相)。另外,BBZA玻璃的引入使BaTiO₃陶瓷的居里峰得到了有效的抑制和拓宽。陶瓷微观形貌显示,玻璃相均匀分布在BaTiO₃晶粒表面。优化的BaTiO₃陶瓷制备条件如下：BBZA添加量(质量分数)为2.0%,烧结温度为950℃。在该条件下制备的BaTiO₃陶瓷介电常数达到1 364,介电损耗低至1.2%。