Bi掺杂的PLZT陶瓷水热制备与性能研究

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铌酸铋钠压电陶瓷超细粉体的水热合成

铌酸铋钠压电陶瓷超细粉体的水热合成周瑜;屈绍波;田晓霞【摘要】Na1.5Bi2.5Nb3Ol2 powders which are high crystallinity and perfect fine-grains are prepared by hydrothermal method usingNb2O5,Bi2O3,NaOH as raw materials,and KOH serves as a mineralizer with the addition of ethylene glycol.The influence of the reaction temperature and the reaction time on the phase structure is analyzed by means of X-ray diffraction (XRD).The morphology of Na1.5Bi2.5Nb3O12 is analyzed by scanning electron microscopy (SEM).The results show that pure Na1.5Bi2.5Nb3 O12 plates-layered structure powders with the average thickness of 50nm and diameter of 200 nm are synthesized at the reaction temperature of 160 ℃ and the reaction time of 18 h.%以NaOH、Bi2 O3和Nb2O5为原料,KOH为矿化剂,通过乙二醇采用水热法合成了结晶度高、晶粒发育完整的Na1.5Bi2.5Nb3 O12粉体.借助XRD分析了反应温度和反应时间对其相结构的影响,并通过SEM分析了Na1.5Bi2.5Nb3 O12晶粒形貌.实验结果表明:在反应温度为160℃、反应时间为18h的条件下,可得到厚度约50 nm、直径约为200 nm的片层结构纯相Na1.5Bi2.5 Nb3 O12粉体.【期刊名称】《空军工程大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(014)003【总页数】4页(P91-94)【关键词】铌酸铋钠;水热法;超细粉体【作者】周瑜;屈绍波;田晓霞【作者单位】空军工程大学理学院,陕西西安,710051;空军工程大学理学院,陕西西安,710051;空军工程大学理学院,陕西西安,710051【正文语种】中文【中图分类】TN3841.1 样品的制备按化学计量比称取一定量的分析纯级Bi2O3、Nb2O5和NaOH，考虑到反应时介质酸碱度度反应速率及产物结构的影响，参考文献［9～10］选择1 mol/L的KOH溶液作为矿化剂，添加乙二醇为辅助剂，先将NaOH、KOH配置成溶液，并再依次加入Bi2 O3、Nb2 O5，添加2%的乙二醇，磁力搅拌30 min，将制备好的前驱物加入50mL带聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，反应结束后冷却至室温后过滤，产物经去离子水和无水乙醇超声冲洗，然后置于80℃的烘箱中烘干。

钛酸铅纳米结构的可控水热合成及其陶瓷电性能研究的开题报告

钛酸铅纳米结构的可控水热合成及其陶瓷电性能研
究的开题报告
一、研究背景
钛酸铅是一种具有独特电性能和催化性能的功能材料，广泛应用于陶瓷、电极材料、催化剂等领域。

近年来，随着纳米材料的快速发展和应用，钛酸铅纳米材料也成为了研究热点。

而水热合成是制备钛酸铅纳米材料的一种高效方法，可以在低温下制备出具有高结晶度和纯度的纳米颗粒。

因此，本研究将通过水热合成的方法制备出钛酸铅纳米材料，并研究其陶瓷电性能，为钛酸铅的应用提供一定的理论支持。

二、研究目的
1. 通过水热合成的方法控制制备出不同形态和尺寸的钛酸铅纳米结构；
2. 研究纳米材料的晶体结构、形貌、粒度和比表面积等物理性能；
3. 测试材料的电学性能和介电性能，并研究其与形态、尺寸等纳米结构的关系；
4. 探讨纳米材料在陶瓷材料中的应用前景。

三、研究内容和方法
1. 合成钛酸铅纳米材料：
采用水热合成法，控制不同的反应条件，如温度、反应时间、溶液浓度等，制备出不同形态和尺寸的纳米结构。

采用XRD、TEM等分析手段分析其晶体结构、结晶度和形貌等物理性能。

2. 测试材料的电学性能和介电性能：
运用高频LCR测试仪测量材料的电学性能和介电性能，并对其形态和尺寸等物理性能进行分析。

3. 探讨纳米材料的应用前景：
阐述钛酸铅纳米材料在陶瓷材料中的应用前景，对陶瓷电性能的改善提供理论支持。

四、研究意义
通过研究钛酸铅纳米结构的制备及其电学性能和介电性能等特性，可以深入了解钛酸铅纳米材料的物理性质，并预测其在陶瓷材料领域中的应用前景。

同时，本研究可以为其他纳米材料的制备与性能研究提供借鉴和参考。

PLZT纳米陶瓷的水热合成及微结构研究

水热合成的制备条件进行深入探讨。
２水热条件的正交优化设计
３实验过程
匝囹
水热合成ＰＺＬＴ是在一定温度下，靠水的自身压力进行的反应。温度决定了溶质的浓度和溶液的过饱和状态：度影响了前驱体中的反应物溶解度碱
时后得到ＰＺＬＴ纳米陶瓷。
４结果与讨论
图２Ｈ１Ｈ９的ＸＲＤ图谱一
４１正交试验结果分析．正交试验结果如表２Ｉ、 Ⅲ分别表示１２３， Ⅱ、、，

衍射结果，图中可以看出，不同的条件下，了从在除
对粉体进行表征，结果表明，Ｌ（／３４）ＰＺＴ４５／７陶瓷为纯四方相结构，均粒径大小为８ｎ平０ｍ。
关键词：钛酸镧铅（ＬＴ；锆Ｐｚ）水热合成；纳米陶瓷；电光陶瓷
中图分类号：Ｂ８Ｔ３３
文献标识码：Ａ
表１因素水平Ｌ（。２）
锆钛酸镧铅固溶体是一种电光陶瓷材料．子分
式为Ｐｂ（ｚｉｏ，称ＰＺ）ｙ刊（）简ＬＴ。在光电驱
动器、驱动器、传感器以及超高真空和空间技微微术等领域中有潜在的应用前景ＩＬＴ制备方法 ” 。ＰＺ中，固相反应法Ｉ，２溶胶一胶法翻共沉淀法都需］凝、等要高温煅烧过程。有硬团聚现象，烧结中Ｐｏ会且ｂ挥发严重，致陶瓷性能下降和污染环境，采用导而水热法合成ＰＺ电光陶瓷具有合成温度低、纯度ＬＴ

PLZT透明铁电陶瓷简介--欢迎报考中国科学院上海硅酸盐研究所

电畴随机无序 PLZT铁电透明陶瓷中电畴的形态 (a)未极化 (b)已极化
电畴有序排列；随外电场转向而转向。
关键区域：不同方向电畴之间的过渡区域畴壁—光学折射率不连续的区域当光入射到这里时，将发生折返；光被散射，畴壁成为无数的散射中心，使原本透明陶瓷呈现磨砂玻璃的性状入射光被衰减、屏蔽
PLZT透明陶瓷的电光应用——高速光开关
Collimator +
3 1 Input 3 Output I
OC
4
Coupler 2
PLZT晶体
2
1
Output II
环形镜结构
由耦合器的同侧两臂连接构成。进入耦合器的光被分为两束，分别沿顺时针和逆时针方向在环中传播，当两束光再次在耦合器中相遇时，由其干涉决定光纤环形镜的输出特性，实现对光的调制。
PLZT透明陶瓷的电控光散射效应
最大透过率与最小透过率之比：100：1
利用电控光散射的光阀示意图
PLZT透明铁电陶瓷的其它效应
除了电控双折射以及电控光散射效应之外，不同组成的 PLZT 材料还具有电致伸缩效应、光致伏特效应、光致伸缩效应等，可根据不同的效应实现材料的应用。
二、PLZT透明铁电陶瓷的发展和主要应用
PLZT透明铁电陶瓷的电控双折射效应
给各向异性的电介质施加外电场 E后，由于压电效应使晶格产生畸变，介质的折射率n也随之变化，这种由于外电场引起的晶体折射率的变化现象称为电控双折射效应。 n与E的关系：n=no+aE+bE2 +

电介质的折射率随外电场成线性变化的（由一次项 aE引起）称为一次电光效应；折射率与电场成平方关系的（由bE2 项引起）称为二次电光效应。

水热法制备钕掺杂BaTiO3粉体及其介电性能研究

水热法制备钕掺杂BaTiO3粉体及其介电性能研究何英;徐虹;王平;黄倩;杨庚蔚【期刊名称】《佛山陶瓷》【年(卷),期】2007(17)3【摘要】以BaCl2·2H2O、TiCl4和NdCl3为原料,采用水热法制备了掺钕的BaTiO3纳米粉体,并经高温烧结后得到瓷体.利用DTA、XRD、SEM等测试手段,分析了钕掺杂对钛酸钡粉体及其陶瓷电性能的影响.研究表明,掺杂后,钕固溶到了钛酸钡的晶格中并取代钡位或钛位.钕的掺杂有助于获得细晶高致密的陶瓷,当W(NdCl3)%为0.6时,致密度最高,常温下相对介电常数高达5650,击穿场强达到3.5kV/mm.【总页数】4页(P7-10)【作者】何英;徐虹;王平;黄倩;杨庚蔚【作者单位】江西理工大学材料与化学工程学院,江西,赣州,341000;江西应用技术学院应用化学系,江西,赣州,341000;江西理工大学材料与化学工程学院,江西,赣州,341000;江西理工大学材料与化学工程学院,江西,赣州,341000;江西理工大学材料与化学工程学院,江西,赣州,341000【正文语种】中文【中图分类】TQ17【相关文献】1.水热合成法制备La3+/Ca2+共掺BaTiO3粉体及其介电性能研究 [J], 张明;薛健;张莹莹;王飞;柳鸣;李军;许壮志;韩绍娟2.高纯四方相BaTiO3粉体的制备及介电性能研究 [J], 时卓;刘坤;肖飞;孙连来;张莹莹;姜伟3.微波水热法合成纳米BaTiO3粉体的掺杂改性与性能研究 [J], 闫玉兵4.水热法制备掺杂镝BaTiO_3粉体及介电性能的研究 [J], 何英;王平;杨庚蔚;黄倩5.水热法制备Ho^(3+)/Y^(3+)共掺BaTiO_(3)基粉体及其介电性能研究 [J], 杨殿来;张莹莹;刘坤;刘博;段同飞;孙连来;许成;薛健;许壮志因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

高性能陶瓷材料的制备与性能调控

高性能陶瓷材料的制备与性能调控高性能陶瓷材料指的是具有特殊功能和优异性能的陶瓷材料。

这类材料在电子、医疗、能源等领域中有广泛的应用。

本文将重点讨论高性能陶瓷材料的制备方法及其性能调控的技术。

一、高性能陶瓷材料的制备方法高性能陶瓷材料的制备方法有多种，以下将介绍其中几种常用的方法。

1. 燃烧合成法燃烧合成法是通过在高温条件下控制材料的燃烧过程，使其在氧化还原反应中形成所需的陶瓷材料。

这种方法具有反应速度快、成本低、制备过程简单等优点，适用于制备一些氧化物陶瓷材料。

2. 水热法水热法是指将适量的材料与溶剂混合，经高温高压下反应制备陶瓷材料。

水热法可以控制晶粒的尺寸和形貌，得到良好的材料性能。

这种方法在纳米材料和复杂结构陶瓷的制备中得到广泛应用。

3. 气相沉积法气相沉积法是指通过化学反应在气相中生成原子或分子，并在基底上沉积形成陶瓷膜。

这种方法具有薄膜均匀、纯度高、成膜速度快的优点，适用于制备超薄陶瓷膜和有序排列的纳米结构材料。

二、高性能陶瓷材料的性能调控技术高性能陶瓷材料的性能调控是指通过改变材料的组成、结构和形貌等方法，使其具备特定的性能。

以下将介绍几种常用的性能调控技术。

1. 掺杂调控通过向陶瓷材料中引入适量的掺杂元素，可以改变其晶格结构和化学组成，进而调控材料的电学、光学、热学等性能。

例如，在氧化铝陶瓷中引入少量的镁离子可以提高其力学性能和导电性能。

2. 结构调控通过调控陶瓷材料的晶体结构和微观结构，可以改变其物理性能。

例如，通过控制晶粒尺寸和晶界结构可以提高陶瓷的力学性能和导热性能。

此外，通过调控孔隙结构和分布可以改变陶瓷的吸附性能和过滤性能。

3. 成型调控成型调控是指通过改变陶瓷材料的制备工艺和成型方法，可以调控其形貌和结构。

常见的成型方法有注模成型、压块成型和3D打印等。

这些方法可以制备出复杂形状的陶瓷材料，并且可以控制材料的孔隙率和孔隙分布。

总结高性能陶瓷材料的制备与性能调控是一个复杂而又关键的研究领域。

Sb 3+掺杂的PLZT电光陶瓷的水热合成与性能研究

Ａｂｔａｔｓｒｃ：ＴｈｅＰＬＺＴｌｃｒｏｐｉｅａｃｏｅｔ３ｗｅｅｐｒｐｒｄｂｙｏｈｒｌｍｅｈｄ，ａｄｔｅＰＬＺＴｅａｃｅｅｔｏｔｃｃｒｍｉｓｄｐｄｗｉｈＳｂｒｅａｅｙｈｄｒｔｅｍａｔｏｎｈｃｒｍｓｉｗａｎｌｚｄｂｓａａｙｅｙＸＲＤｎｒａｐｃｒｍ，ｔ．ＴｈｅｕｔｈｗｅｈｔｔｅｉｒａｉｆｔｅｃｎｃｎｒｔｏｆＳ３ｄｐｅａｄＲａｎｎｓｅｔｕｅｃｅｒｓｌｓｓｏｄｔａｈｎｃｅｓｎｇｏｈｏｅｔａｉｎｏｂｏｄ
（．ｃｏｌｏｎｏｍａｉｎＥｎｎｅｉｇ，Ｈｕｎｓａｌｇ１ＳｈｏｆＩｆｒｔｏｇｉｅｒｎａｇｈｎＣｏｌｅ，Ｈｕｎｓａ４４１ｅａｇｈｎ２５０，Ａｎｕｏｉｃ，ＣｈｎｈｉＰｒｖｎｅｉａ
ＫｅｒｓＬＺｙｗｏｄ：ＰＴ；ｈｄｏｈｒｌｙｔｅｉ；ｅｅｔｏｐｉｃｒｍｉｓｂｄｐｄｙｒｔｅｍａｓｎｈｓｓｌｃｒｏｔｅａｃ；Ｓ。ｏｅｃ
锆钛酸铅镧（简称ＰＺ是一种多功能电光陶ＬＴ）瓷材料，分子式为Ｐｂ（ｒＴＺｉ）０，３在微驱动器、传感器等领域中有广阔应用前景口．为满足微］
文献标识码：Ａ
ＨｙｒｔｅｍａｙｈｅｉｎｄＰｒｐｅｔｅｆｄｏｈｒｌＳｎｔｓｓａｏｒｉｓｏＳ。Ｄｏｅｂ＋ｐｄＰＬＺＴｅｔｏｐｔｃＣｅａｃＥｉｃｒｏｉｒｍｉｓ

铌酸铋钠压电陶瓷超细粉体的水热合成

Ｊｕｎ．２Ｏ１３
铌酸铋钠压电陶瓷超细粉体的水热合成
周瑜，屈绍波，田晓霞
（空军工程大学理学院，陕西西安，７１００５１）
摘要以ＮａＯＨ、ＢｉＯ。和ＮｂＯ为原料，ＫＯＨ为矿化剂，通过乙二醇采用水热法合成了结晶度高、晶粒发育完整的Ｎａ。．Ｂｉｚ．ｓＮｂ。Ｏｚ粉体。借助ＸＲＤ分析了反应温度和反应时间对其相结构的影响，并通过ＳＥＭ分析了Ｎａ．Ｂｉｚ．Ｎｂ。Ｏ晶粒形貌。实验结果表明：在反应温度为１６０
．．
ｅｒｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐｏｗｄｅｒｓｗｉｔｈｔｈｅａｖｅｒａｇｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆ５０ｎｍａｎｄｄｉａｍｅｔｅｒｏｆ２００ｎｍａｒｅｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄａｔｔｈｅ
．．
Ｂｉ２５ａｎａｌｙｚｅｄｂｙｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（ＳＥＭ）．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｐｕｒｅＮａ１Ｎｂ３Ｏ１２ｐｌａｔｅｓ — ｌａｙ — ５
ｒｅａｃｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆ１６０℃ ａｎｄｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｔｉｍｅｏｆ１８ｈ．

高性能锆钛酸铅(PZT)粉体的水热法合成及其压电陶瓷性能研究

：４０％
，￣７３３Ｔ／／Ｅ０＝
１３３０
，
ｔａｎ（￣＝０．００４）．
关键词：压电陶瓷；ＰＺＴ；水热法：碱度
中图分类号：ＴＱ１７４文献标志码：Ａ
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－２３７５．２０１６．０２．００１
Ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｓｙｎｔｈｅｓｉபைடு நூலகம் ｏｆｈｉｇｈ—ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＰＺＴｐｏｗｄｅｒｓａｎｄ
周盈盈，高小琴，常钢，舒宏辉，尚勋忠，周桃生，何云斌
（湖北大学材料科学与工程学院，功能材料绿色制备与应用教育部重点实验室（湖北大学），湖北武汉４３００６２）
摘要：以氧氯化锆、钛酸四丁酯、硝酸铅为前驱物，采用两步水热法合成钙钛矿结构的ＰｂＺｒ０Ｔｉ。Ｏ粉体并制备陶瓷样品．通过ＸＲＤ、ＳＥＭ及电学性能等测试，系统研究了矿化剂浓度对ＰＺＴ粉体结晶性、形貌以及最终烧结陶瓷样品电
第３８卷第２期２０１６年３月
湖北大学学报（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｕｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ）
文章编号：１０００—２３７５（２０１６）０２—００９１—０６
Ｖｏ１．３８Ｎｏ．２
Ｍａｒ．，２０１６
高性能锆钛酸铅（ＰＺＴ）粉体的水热法合成及其压电陶瓷性能研究
目前广泛应用的传统固相合成法制备过程繁琐且需要经过高温预烧的过程才能得到陶瓷粉体此过程会造成铅元素在高温下大量挥发使得化学组成难以精确控制而降低最终陶瓷的电学性能同时通过该方法制备的粉体存在颗粒大小不匀易团聚预烧后的粉料在球磨过程中易受污染等诸多问溶胶凝胶法910共沉淀法等化学方法制备陶瓷粉体备受关注近几十年来发展的水热法可在较低温度下13直接合成结晶性良好的超微粉体使得粉体的化学配比能够精确控制且具有无需预烧结晶性好烧结活性高等特点在制备超细粉体中得到了广泛的研究与应利用水热法制备pzt粉体的已有报道主要集中于水热条件对于粉体粒径形貌和晶相的控制5814而水热法合成的pzt粉体对最终制备的pzt压电陶瓷性能有何影响水热制备的pzt粉体能否大幅提高陶瓷的压电性能的相关研究还较少1517和碱度1molkoh下制备了结晶性良好平均粒径为1左右的高性能pzt粉体并成功烧结压电陶瓷

水热合成法制备的铋层状陶瓷粉体

Rapid CommunicationPreparation of a new pyrochlore-type compound Na 0.32Bi 1.68Ti 2O 6.46(OH)0.44by hydrothermal reactionQiang Dong,Hong Jiang,Nobuhiro Kumada n ,Yoshinori Yonesaki,Takahiro Takei,Nobukazu KinomuraDepartment of Research Interdisciplinary,Graduate School of Medicine and Engineering,University of Yamanashi,Miyamae cho-7,Kofu 400-8511,Japana r t i c l e i n f oArticle history:Received 7April 2011Accepted 21April 2011Available online 13May 2011Keywords:PyrochloreNa 0.32Bi 1.68Ti 2O 6.46(OH)0.44Hydrothermala b s t r a c tA new pyrochlore-type Na 0.32Bi 1.68Ti 2O 6.46(OH)0.44with the cubic cell of a ¼10.339(5)˚Awas prepared by hydrothermal reaction using TiO 2(anatase)and Bi 2O 3in NaOH solution.This compound was obtained when the molar ratio of NaOH/TiO 2was above 2and the reaction temperature was above 2401C.The TG-curve of as-prepared sample showed a mass loss of 0.8mass%which was caused by release of OH group.This compound decomposed to a pyrochlore-type compound and a layered-type Na 0.5Bi 4.5Ti 4O 15above 8001C.The optical band gap of Na 0.32Bi 1.68Ti 2O 6.46(OH)0.44was estimated to be 2.5eV.&2011Elsevier Inc.All rights reserved.1.IntroductionPyrochlore-type compounds have received much attention for several decades due to their diverse physical properties,which allow for a broad range of applications,such as storage capacitor [1],insulating layer [2],high-permittivity dielectrics [3],solid electrolytes [4],host materials for the immobilization of ﬁssion products [5],catalysis [6],and thermal barrier coatings [7].Pyrochlore structures have been reviewed extensively [8].The general formula of oxide pyrochlores can be written as A 2B 2O 7.Ideal stoichiometric pyrochlores (A 2B 2O 7)are cubic with space group Fd-3m and often described as two interpenetrating net-works of B 2O 6octahedra and A 2O 0tetrahedral [8,9].The overall formula is typically represented as A 2B 2O 6O 0to distinguish the oxygen within the two networks.The relative ionic radii or ionic radius ratios are reported that governed the preparation and stability of the oxide pyrochlores [10].From extensive experi-mental work on the synthesis and structural characterization of cubic pyrochlores,stability ﬁelds have been proposed for allow-able substitution into the A and B cation sites based on simple measures such as the ratio of the cation radii size and the cation electronegativity [8,11].In Bi/Ti/O system,a cubic pyrochlore structure Bi 2Ti 2O 7with static bismuth displacements and probable domains of static O 0displacements has been synthesized via a co-precipitation route [12].Recently,we reported that a perovskite-type (Na 0.5Bi 0.5)TiO 3was prepared by hydrothermal reaction using TiO 2(anatase)and Bi 2O 3in NaOH solution [13].On the course of this investigation,anew pyrochlore-type Na 0.32Bi 1.68Ti 2O 6.46(OH)0.44(hereafter NBT)was found and this was the ﬁrst example of a pyrochlore-type oxide with mixed cations at the A site in Na/Bi/Ti/O system.Here,we will describe a facile hydrothermal method for the preparation of a new pyrochlore-type NBT.The crystal structure of this new pyrochlore-type is reﬁned by means of Rietveld analysis.2.Experimental procedureHydrothermal reaction was carried out with a Teﬂon-lined autoclave (70mL)and TiO 2(anatase),Bi 2O 3and NaOH (molar ratio Na:Bi:Ti ¼2:0.5:1)were put into an autoclave with a distilled water (40mL).The autoclave was heated at 2401C for 48h.The solid products were ﬁltered,washed with distilled water for several times and dried at 601C in air.The powder sample and crystals with size of $50m m were separated by decantation with distilled water and ethanol.At last the crystals and powders were dried at 601C.X-ray powder diffraction (XRD)was performed on a Rigaku X-ray diffractometer (RINT2000V Japan)with graphite-monochromatized Cu K a radiation (l ¼1.54056˚A).The diffraction pattern over the range of 20–701in 2y was recorded with a scanning speed of 31min À1.The struc-tural reﬁnement was carried out with the XRD data collected at intervals of 0.051from 10.001to 120.0012y at room temperature.The structure parameters were reﬁned by Rietveld method using the program RIETAN-2000[14,15].Crystal structure in this report was drawn with VESTA developed by Momma and Izumi [16].Scanning electron microscopy (SEM)images were obtained with a JEOL JEM-6500F ﬁeld emission scanning electron microscope.Fourier transform infrared (FT-IR)spectra were recorded in the range of 4000–400cm À1on a JASCO FT/IR-4100spectrometer,Contents lists available at ScienceDirectjournal homepage:/locate/jsscJournal of Solid State Chemistry0022-4596/$-see front matter &2011Elsevier Inc.All rights reserved.doi:10.1016/j.jssc.2011.04.035nCorresponding author.Fax:þ81552543035.E-mail address:kumada@yamanashi.ac.jp (N.Kumada).Journal of Solid State Chemistry 184(2011)1899–1902using transparent KBr pellets.Thermo gravimetric analysis (TGA)was carried out in a Rigaku Thermo Plus TG 8120thermal analysis system with a heating rate of 101C min À1from room tempera-ture to 8001C.Diffuse reﬂectance spectra were measured with a JASCO V-550spectrometer.The photocatalytic activities were examined for decomposition of methylene blue (20ppm solution)under visible light.3.Results and discussionThe product consisted of homogeneous octahedra with dia-meters of $50m m as shown in Fig.1.Longer reaction time had no effect on the size of the product.From single crystal X-ray diffraction it was found that these crystals were not single crystals.The X-ray powder diffraction patterns for the as-prepared samplewas indexed with the cubic cell of a ¼10.339(5)˚Aas shown in Fig.2(a).This value of the lattice parameter was smaller thanpyrochlore-type bismuth titanates (Bi 1.74Ti 2O 6.62(10.3523(2)˚A)[17],Bi 2Ti 2O 7(10.3749(2)˚A)[12],Bi 1.896Ti 2O 6.884(10.3735(3)˚A)[18]).The Na/Bi ratio in this compound was determined to be 0.19by the SEM-EDX analysis.The TG-curve of as-prepared sample showed a mass loss of 0.8mass%which was caused by release of OH group (Fig.3).The chemical composition is concluded to be Na 0.32Bi 1.68Ti 2O 6.46(OH)0.44from the TG analysis and the ratio of Na/Bi.As shown in Fig.2(b),the X-ray powder diffraction patterns for the sample heated at 8001C indicated a small amount of a layered-type Na 0.5Bi 4.5Ti 4O 15as well as a pyrochlore-type compound.As seen in Fig.4the FT-IR spectrum of the as-prepared sample show existence of OHgroupFig.1.SEM image of the as-prepared sample.203040506070Cu K 2h/°I n t e n s i t y / a .u .Fig. 2.X-ray powderdiffraction patternsof (a)the as-prepared sample and (b)sample heated at 8001C.200-0.8-0.6-0.4-0.20.0Temperature / °CM a s s l o s s / %4006008001000Fig.3.TG curve of the as-prepared sample.300035004000Wavenumber / cm -1T r a n c e m i t t a n c e Fig.4.FT-IR spectra of (a)the as-prepared sample and (b)sample heated at 8001C.Fig.5.Observed and calculated X-ray powder diffraction patterns for Na 0.32Bi 1.68-Ti 2O 6.46(OH)0.44.Solid line is the calculated pattern from the reﬁned crystal structure.Residual errors are drawn at the bottom of the ﬁgure.Vertical short lines are allowed peak positions satisfying Bragg condition.Q.Dong et al./Journal of Solid State Chemistry 184(2011)1899–19021900at 3400cm À1;however,for the sample heated at 8001C no evidence of OH group was observed.From these results as-prepared sample of NBT crystals are considered to decompose to a pyrochlore-type compound and a layered-type Na 0.5Bi 4.5Ti 4O 15at elevated tempera-tures,accompanying release of OH group.Based on the similarity of the XRD patterns,the structural reﬁnement by Rietveld method was carried out.The ﬁnal R -factors led to reasonable values (R wp ¼11.36%,R p ¼8.67%).Fig.5shows the Rietveld reﬁnement pattern for Na 0.32Bi 1.68Ti 2O 6.46(OH)0.44.The crystal data and atomic parameters are listed in Tables 1and 2,respectively.Fig.6shows the crystal structure of Na 0.32Bi 1.68-Ti 2O 6.46(OH)0.44.This compound has a cubic pyrochlore structure,and Na/Bi atom occupies at one crystallographic site (96g)and itsTiO 6octahedron are slightly tilted.The Ti–O distance (1.998(5)˚A)in this compound is slightly longer than those of Bi 2Ti 2O 7(1.964˚A)[12]and Bi 1.74Ti 2O 6.62(1.9655(3)˚A)[17].The mean interatomic distance of (Na,Bi)–O was 2.49˚A,and this value was shorter than that (2.55˚A)of Bi 1.74Ti 2O 6.62[17]and longer than that (2.47˚A)of Bi 2Ti 2O 7[12].Since this reﬁnement was carried out by conven-tional X-ray powder diffraction data,the detail of the crystal structure could not be discussed.The synchrotron X-ray or neutrondiffraction study is now planning for further discussion of the crystal structure.Fig.7shows optical adsorption spectrum of Na 0.32Bi 1.68-Ti 2O 6.46(OH)0.44and its optical band gap was estimated to be 2.5eV.This value was compatible with that (2.4eV)of monoclinic BiVO 4which exhibits excellent photocatalytic activity under visible light irradiation [19].This pyrochlore-type compound Na 0.32Bi 1.68-Ti 2O 6.46(OH)0.44,however,indicated no decomposition of methy-lene blue under visible light irradiation.4.ConclusionsA new pyrochlore-type Na 0.32Bi 1.68Ti 2O 6.46(OH)0.44with cubic structure is ﬁrstly prepared via a facile hydrothermal route in Na/Bi/Ti/O system using TiO 2(anatase)and Bi 2O 3in NaOH solution.The chemical composition is concluded to be Na 0.32Bi 1.68-Ti 2O 6.46(OH)0.44from the analysis of experimental results.The crystal data and atomic parameters can compare with those of pyrochlore-type bismuth titanates.AcknowledgmentsThis study was partially supported by Elements Science and Technology Project from the Ministry of Education,Culture,Sports,Science and Technology,Japan.References[1]Y.Hou,T.Lin,Z.Huang,G.Wang,Z.Hu,J.Chu,X.Xu,M.Wang,Appl.Phys.Lett.85(2004)1214–1216.[2]W.F.Su,Y.T.Lu,Mater.Chem.Phys.80(2003)632–637.[3]D.P.Cann,C.A.Randall,T.R.Shrout,Solid State Commun.100(1996)529–534.[4]B.J.Wuensch,K.W.Eberman,C.Heremans,E.M.Ku,P.Onnerud,E.M.E.Yeo,S.M.Haile,J.K.Stalick,J.D.Jorgensen.,Solid State Ion.129(2000)111–133.[5]R.C.Ewing,W.J.Weber,J.Lian,J.Appl.Phys.95(2004)5949–5971.[6]B.J.Kennedy,J.Solid State Chem.123(1996)14–20.[7]R.C.Vassen,X.Tietz,T.Basu, D.St ¨over,J.Am.Ceram.Soc.83(2000)2023–2028.[8]M.A.Subramanian,G.Aravamudan,G.V.Subba Rao,Prog.Solid State Chem.15(1983)55–143.[9]R.L.Withers,T.R.Welberry,rsson,Y.Liu,L.Noren,H.Rundlof,F.J.Brink,J.Solid State Chem.177(2004)231–244.Table 1Crystallographic data for Na 0.32Bi 1.68Ti 2O 6.46(OH)0.44.QuantityX-ray diffraction data Empirical formula Na 0.32Bi 1.68Ti 2O 6.46(OH)0.44Formula weight 565.08Crystal system CubicSpace groupFd -3m (no.227)Unit cell parameters (˚A)a ¼10.336(5)Volume (˚A3)1104.3(9)Calculated density (g/cm 3)6.80R p (%)8.67R wp (%)11.36R I (%)11.97R F (%)12.61S0.77Table 2Atomic coordinates and isotropic displacement parameters for Na 0.32Bi 1.68Ti 2O 6.46(OH)0.44.Atom Site g x yzB (˚A 2)Na/Bi 96g 1/60.017(2)¼x (Na/Bi)À0.031(18)0.2(15)Ti 16d 11/21/21/20.7(18)O(1)48f 11/81/80.422(12) 1.0O(2)8a0.91/81/81/81.0Fig.6.Schematic representation of the structure of Na 0.32Bi 1.68Ti 2O 6.46(OH)0.44.300A b s o r b a n c e / a .u .Wavelength / nm2.5 eV400500600700Fig.7.Optical adsorption spectrum of Na 0.32Bi 1.68Ti 2O 6.46(OH)0.44.Q.Dong et al./Journal of Solid State Chemistry 184(2011)1899–19021901[10]N.Wakiya,N.Kieda,A.Saiki,K.Shinozaki,N.Mizutani,J.Solid State Chem.92(1991)320–326.[11]J.C.Nino,Materials Science and Engineering,The Pennsylvania State University,University Park,PA,2002.[12]A.L.Hector,S.B.Wiggin,J.Solid State Chem.177(2004)139–145.[13]N.Kumada.,Y.Morozumi,Y.Yonesaki,T.Takei,N.Kinomura,T.Hayashi,J.Ceram.Soc.Jpn.116(2008)1238–1240.[14]H.M.Rietveld,J.Appl.Crystallogr.2(1969)65–71.[15]F.Izumi,T.Ikeda,Mater.Sci.Forum198(2000)321–324.[16]K.Momma,F.Izumi,J.Appl.Crystallogr.41(2008)653–658.[17]I.Radosavljevic,J.S.O.Evans,A.W.Sleight,J.Solid State Chem.136(1998)63–66.[18]S.S.Kim,M.H.Park,J.K.Chung,W.J.Kim,J.Appl.Phys.105(2009)061641–061645.[19]A.Kudo,K.Omori,H.Kato,J.Am.Chem.Soc.121(1999)11459–11467.Q.Dong et al./Journal of Solid State Chemistry184(2011)1899–1902 1902。

溴化氧铋的水热合成及其电化学性能研究

溴化氧铋的水热合成及其电化学性能研究
溴化氧铋（BiOBr）是一种重要的半导体材料，具有广泛的应用潜力。

在本研究中，我们通过水热合成方法制备了具有不同形貌和晶体结构的BiOBr纳米材料，并对其电化学性
能进行了研究。

我们使用水热合成方法合成了BiOBr纳米片和纳米棒。

通过调节反应条件，如反应时间、温度和反应物浓度等，可以控制BiOBr纳米材料的形貌和晶体结构。

我们通过扫描电
子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对所合成的材料进行了形貌和晶体结构的表征。

结果显示，所合成的BiOBr纳米片具有平整的表面和六角形的形貌，而纳米棒具有长且细
长的形状。

晶体结构分析表明，所合成的BiOBr纳米材料具有正交晶体结构。

接下来，我们对所合成的BiOBr纳米材料进行了电化学性能的研究。

我们使用循环伏
安法（CV）和电化学阻抗谱（EIS）对BiOBr纳米材料的电化学活性和电荷传输性能进行了表征。

结果显示，BiOBr纳米材料具有较高的电化学活性和良好的电荷传输性能，表明其
在光电催化和电化学储能等领域具有广阔的应用前景。

进一步地，我们研究了不同形貌和晶体结构的BiOBr纳米材料对甲酸电催化氧化性能
的影响。

通过电化学测试，我们发现BiOBr纳米棒表现出了比纳米片更好的电催化性能。

我们还研究了不同条件下BiOBr纳米棒的电催化性能，并对其性能进行了优化。

结果显示，在较低的温度和pH值条件下，BiOBr纳米棒表现出了较高的电催化活性和稳定性。

高居里点,宽居里温区bzt铁电陶瓷材料的制备方法

高居里点,宽居里温区bzt铁电陶瓷材料的制备方法下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。

文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by theeditor.I hope that after you download them,they can help yousolve practical problems. The document can be customized andmodified after downloading,please adjust and use it according toactual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types ofpractical materials,such as educational essays, diaryappreciation,sentence excerpts,ancient poems,classic articles,topic composition,work summary,word parsing,copy excerpts,other materials and so on,want to know different data formats andwriting methods,please pay attention!高居里点与宽居里温区BZT铁电陶瓷材料的创新制备技术在现代电子技术中，铁电材料因其独特的电、磁、光等多物理性能而被广泛应用。

表面活性剂对水热合成PLZT陶瓷粉体物相及形貌的影响-材料科学研究论文

表面活性剂对水热合成PLZT陶瓷粉体物相及形貌的影响1朱仁强1，朱孔军1*，裘进浩1，郑勇2，季宏丽11南京航空航天大学智能材料与结构航空科技重点实验室,南京(210016)2南京航空航天大学材料科学与技术学院，南京(210016)E-mail:：**************.cn摘要：以醋酸铅(Pb(CH3COO)2·3H2O)、硝酸镧(La(NO3)3·6H2O)、硝酸锆 (Zr(NO3)4·5H2O)和钛酸四丁酯作为原料，以KOH为矿化剂，水热合成了PLZT陶瓷粉体。

并用XRD、SEM 等测试手段考察了所得到粉体的物相和形貌。

发现前驱体混合不均匀或反应时间较短的时候，粉体中均会生成针状La(OH)3颗粒。

还考察了表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对水热合成PLZT陶瓷粉体的作用。

结果发现：加入适量的CTAB能够抑制La(OH)3的生成，并且可以缩短合成单相PLZT陶瓷粉体所需要的反应时间。

但是，过量的CTAB反而会促进针状La(OH)3颗粒的产生。

关键词：PLZT；CTAB；针状La(OH)3；花瓣状形貌中图分类号： TN304.91 引言锆钛酸铅镧 (PLZT) 陶瓷是世界上出现的第一种透明铁电陶瓷，该材料具有可控双折射、电控可变光散射等特性。

其后，人们在此领域进行了大量研究，应用PLZT陶瓷制备了光阀、光闸、光存储、映像存储显示器、偏光器、光调制器件等，所以说PLZT陶瓷具有广阔的应用前景。

通常PLZT陶瓷粉体采用固相合成法合成[1-4]。

它是通过多种固态粉体经混合煅烧合成固溶体。

由于固态粉料在球磨混合过程中难以实现均匀混合，即局部成分不均匀，导致煅烧后的粉体成分的均匀性难以控制。

液相法制备PLZT陶瓷粉体，具有合成温度低、粉体纯度高等一系列优点，具体包括共沉淀法[5-6]，溶胶凝胶法[7-9]，水热法[10]等。

在水热合成PLZT陶瓷粉体方面，Kongtaweelert S等[11]用醋酸铅，醋酸镧，丙醇锆以及异丙醇钛为原料水热合成了具有立方体外形的良好PLZT陶瓷粉体。

PZT陶瓷粉体的水热合成

PZT陶瓷粉体的水热合成朱孔军;朱仁强;董娜娜;顾洪汇;裘进浩;季宏丽【摘要】Lead zirconate titanate (PZT) powders with single-phase, cubic morphology and average size of 1 μm were synthesized using hydrothermal methods. Effects of KOH concentration, hydrothermal treatment time and Pb excess were investigated. The results show that KOH concentration has an important influence on the solid solubility of Pb ion in A-site of PZT perovskite structure. The concentration of Pb2+ vacancies increased with the increase of OH- concentration. However, this kind of deficiency could be compensated by adding more Pb ions in the raw materials, and more Pb ions were needed to add with higher alkaline concentration in the starting solution. But excessive compensation of Pb ions would result in the appearance of the second phase.%利用水热法合成了单相、立方体形貌且平均颗粒尺寸在1 μm的锆钛酸铅(PZT)陶瓷粉体.研究了碱度、反应时间对最终产物的影响,着重研究了不同碱度下Pb缺失的补偿问题.结果表明:碱度对最终PZT产物A位Pb离子的固溶程度有着重要的影响.碱度越高,A位缺失的Pb离子就越多.原料中适当的Pb过量能够有效补偿Pb离子的缺失,碱度越高,所需添加的Pb离子的过量程度也就越高.但过多的Pb离子加入量会导致最终产物中出现第二相.【期刊名称】《无机材料学报》【年(卷),期】2012(027)005【总页数】6页(P507-512)【关键词】PZT粉体;水热合成;铅过量【作者】朱孔军;朱仁强;董娜娜;顾洪汇;裘进浩;季宏丽【作者单位】南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室,南京210016;南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室,南京210016;南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室,南京210016;南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室,南京210016;南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室,南京210016;南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室,南京210016【正文语种】中文【中图分类】TF125锆钛酸铅(PZT, Pb(ZrxTi1-x)O3)具有优良的压电、铁电性能, 得到了广泛的应用. 当其成分位于准同型相界, 即通常所称的 MPB点(x=0.52)附近时, PZT具有最好的压电性能, 较高的介电常数, 机电耦合系数和较大的剩余极化率, 被广泛应用于微机电系统和铁电存储器的研究[1].传统合成PZT压电陶瓷粉体主要通过固相反应法, 但这种合成方法得到的PZT粉体很难实现化学成份上的分子级均匀一致, 并且容易产生第二相,造成PZT陶瓷的成份偏离, 性能降低. 为了弥补上述不足, 科学家们提出了湿化学法[2-7], 其中, 水热法作为一种重要的湿化学法, 不仅具备湿化学法产物纯度高、均匀性好、反应活性高的特点, 而且能够在较低的温度下合成各种形貌的PZT粉体[8-9].Wang等[10]以ZrCl2·8H2O、Ti(OC4H9)和Pb(CH3COO)2为原料, 采用水热法在温度为135～220 ℃和碱度为 0.5～2.1 mol/L范围内合成了PZT粉体. Deng等[8]通过水热法, 在160℃, 4 h即可合成出纳米级PZT粉体. Traianidis等[11]设计了一个两步反应制备出纯净且均匀PZT粉体的方法. Kutty[12]、Cheng等[13]对水热法PZT晶体的生长机制进行了探究, 国内外有不少关于水热法制备PZT粉体的报道, 但针对最终产物化学成分精确控制的研究报道还很少. 本工作尝试通过控制水热反应过程中的各个参数来实现对PZT粉体化学成分和物相的精确控制. 采用新的原料体系: 硝酸铅、正丁醇锆以及钛酸四丁酯, 研究了反应液碱度、反应时间以及Pb过量浓度对最终产物物相、成分及形貌的影响.1 实验选用硝酸铅、正丁醇锆以及钛酸四丁酯作为原料, 以KOH作为矿化剂. 硝酸铅和钛酸四丁酯均为中国医药集团上海化学试剂公司生产, 正丁醇锆为Strem Chemical 的产品.按PZT中锆钛比为52/48的化学计量比, 配成500 mL 0.1 mol/L的硝酸铅水溶液, 将0.026 mol的正丁醇锆和0.024 mol的钛酸四丁酯溶于无水乙醇中, 配成500 mL的乙醇溶液. 实验时分别取25 mL的硝酸铅水溶液和25 mL的正丁醇锆和钛酸四丁酯的乙醇溶液进行混合, 再加入一定量的 KOH配成水热溶液. 将配好的水热溶液倒入聚四氟乙烯高压反釜内衬中, 在一定温度下保温一段时间. 反应产物用蒸馏水及无水乙醇反复过滤、冲洗直至中性,最后将反应产物放入80℃的烘箱中干燥24 h得到最终粉体.产物的物相使用BRUKER D8 Advanced粉末X射线衍射仪 (X-ray diffraction, XRD) 进行测定, 在室温下采用Cu Kα (λ = 0.154056 nm) 射线收集数据.粉体形貌用 FEI Quanta200扫描电子显微镜(Scanning electron microscope, SEM)进行观察. 粉体的化学成份用电感耦合等离子发光分光计(Inductive Coupled Plasma Emission Spectrometer, ICP) 进行测试.2 结果及分析2.1 KOH浓度对PZT粉体物相及形貌的影响图1 不同碱度下所得产物的XRD图谱Fig. 1 XRD patterns of PZT powders prepared with different KOH concentrationsCondition: 200℃, 4 h图 1为不同 KOH浓度制备的 PZT样品的XRD图谱, 由图可知, 0.5、1和2mol/L碱度条件下水热反应得到的粉体均具有钙钛矿结构, 而在过低碱度(0.2mol/L)和过高碱度(4 mol/L)的条件下均没有明显晶相的生成.实验还发现0.5和1 mol/L碱度条件下, 产物在45°附近存在明显的分峰现象, 说明这两个碱度条件下水热产物主要是四方相结构. 而四方相的c轴比a轴长, 在(001)、(100)、(002)、(200)、(102)、(201)、(112)、(211)峰等衍射面处, 由于面间距d值不同, 根据布拉格方程2dsinθ=nλ可知, 衍射峰将发生分裂.对于(111)衍射峰, 由于 d值一定, 衍射峰不发生劈裂, 实际上图谱在(111)面的衍射峰有轻微的偏移.又知菱方相的(111)晶面族衍射峰会发生分裂. 综上所述, 0.5和1 mol/L碱度条件下, 产物主要是四方相结构, 也存在少量菱方相. 而2 mol/L碱度条件下产物在45°附近分峰现象不明显更趋向于立方相.此外, 不同碱度下产物XRD图谱在45°附近的衍射峰分裂形状也存在较大差异, 这说明随着KOH浓度的变化, 水热反应得到PZT粉体的晶胞参数也发生了变化, 导致产物晶格的四方化程度存在差异.0.5 和1 mol/L碱度条件下, 产物的晶胞参数如表1所示. 随着碱度的升高, 产物在45°附近分峰逐渐减弱, 四方度c/a变小, 到2 mol/L碱度时产物的晶格趋近于立方相. 说明产物的化学成分存在差异.表1 不同碱度条件下产物的晶胞参数Table 1 Crystal cell parameters of PZT powders prepared with different KOH concentrationsCondi tion: 200℃, 4 hLattice constant /nm Series a c c/a ratio 0.5 mol/L 0.399 0.412 1.033 1mol/L 0.403 0.410 1.017为了探究这些变化的原因, 对0.5、1和2 mol/L碱度条件下产物进行了电感耦合等离子发光分光计(ICP) 测试, 以此测定产物的化学成分. 测试结果如表 2所示, PZT 的分子式可以表示为Pby(ZrxTi(1-x))O3, 设计 PZT 的化学成分为Pb(Zr0.52Ti0.48)O3. 可以看到, 随着碱度的升高, 产物中A位Pb离子的损失量逐渐增大, 这会降低PZT晶体的晶格畸变, 使产物的四方化程度逐渐降低,向立方相转变. 当碱度增加到 2 mol/L, 产物中 Pb的损失量达到32mol%, PZT晶体基本为立方相结构.此外, 随着A位Pb离子的缺失, (001)、(002)、(102)以及(112)晶面的衍射峰强会逐渐变弱, 最终分峰消失, 形成立方相结构.图2为不同碱度下所得产物的SEM照片, 由图可见0.2 mol/L条件下产物颗粒细小且无特定外形,没有规则的晶体形貌出现. 而4 mol/L条件下, 产物团聚现象明显, 颗粒也没有出现规则的外形, 依然显示为无定形态, 这与XRD结果一致. 对于0.5、1和2 mol/L产物, 发现均有立方体的晶体颗粒出现,并且随着碱度的升高, 晶粒有逐渐长大的趋势. 但三种碱度下得到的晶体发育均不够完善, 晶粒表面附有无定形物质黏, 且碱度越高这些物质越多, 这一结果与 XRD结果相一致. 过高的碱度导致大量Pb离子未进入PZT晶体, 使得沉淀出来的无定形物质没有充分结晶, 结晶出来的PZT晶体也由于含Pb量不足而发育不完善. 根据 Shi[14]和 Gregory等[15]的研究可知: 在高碱度水热合成钙钛矿结构的粉体时, 由ZrO6八面体和TiO6八面体与Pb离子构成的PZT很容易形成OH缺陷, 这种缺陷是由质子与八面体中的氧元素连接而形成的, 而为了使最终产物在结构上保持电中性, OH缺陷需要阳离子来补偿电荷, 但是 ZrO6八面体和 TiO6八面体是非常稳定的结构形式, 所以Pb2+成为最合适的电荷补偿来源.在水热环境中合成PZT粉体时, 由于矿化剂的作用,会使得产物在A位出现缺失, 进而造成Pb缺失, 而矿化剂浓度越高, 需要补偿的阳离子就会越多, 最终使得Pb缺失更多. 而且, 这种缺失会使得PZT的晶体结构从四方向立方转变. 这与 XRD的结果完全对应.表2 不同矿化剂浓度下产物的ICP测试结果Table 2 ICP results of PZT powders prepared with different KOH concentrationsCondition: 200℃, 4 hSeries KOH /(mol·L−1) Pb excess /mol% X Y A 0.5 0 0.542 0.90 B 1 0 0.544 0.75 C 2 0 0.493 0.68图2 不同碱度下产物的SEM照片Fig. 2 SEM images of PZT powders prepared with different KOH concentrationsCondition: 200℃, 4 h2.2 反应时间对PZT粉体物相及形貌的影响图3 不同反应时间下产物的XRD图谱Fig. 3XRD patterns of PZT powders prepared with 1 mol/L KOHCondition: 200℃,1 mol/L KOHPb离子的缺失不利于制备高结晶性的纯相PZT粉体, 为了解决这一关键问题, 实验研究了反应时间对产物的影响. 图3为不同反应时间的PZT样品的XRD图谱. 当反应时间较短(0.5 h), 产物的结晶度很低, 但结晶产物为 PZT晶体, 没有其它结晶杂相出现. 随着反应时间的延长, PZT结晶度逐渐增强. 当反应时间达到4 h时, XRD 衍射峰强基本达到最大, 继续延长反应时间, 产物(101)峰位衍射峰强无明显变化, 这说明反应时间达到4 h后, PZT基本结晶完全, 继续延长反应时间对产物结晶总量影响不大.图4为不同反应时间下产物的SEM照片. 可见,当反应时间仅为 0.5 h时, 产物中立方体状的 PZT晶体很少; 随着反应时间的延长, 立方体状的 PZT晶体出现, 且反应时间越长, PZT立方体发育越好.但反应时间为4和16 h的产物的形貌差别不明显,且晶粒表面依然粘附着很多无定形物质. 可见, 反应时间的延长并不能完全消除产物中无定形物质.由前面的讨论可知, 这主要是Pb缺失造成的, 并且这种缺失不能够通过延长反应时间的方法弥补.2.3 Pb过量对PZT粉体化学组分、物相及形貌的影响为了克服水热反应过程中 Pb缺失对最终产物的不良影响, 获得形貌良好且纯相PZT粉体, 实验尝试通过添加过量的Pb离子来补偿水热过程中Pb离子的缺失. 图4 不同反应时间产物的SEM照片Fig. 4 SEM images of PZT powders prepared for different hydrothermal treatment timeCondition: 200℃, 1 mol/L KOH图5 不同Pb过量度条件下所得产物的XRD图谱Fig. 5 XRD patterns of PZT powders prepared for with different Pb excessesCondition: 200℃, 4 h, 0.5 mol/L KOH图5为原料中Pb过量0、20%和40%的条件下产物的XRD图谱. 当Pb离子过量20%, 产物(001)、(002)、(102)以及(112)晶面的衍射峰强增强. 由前述实验讨论结果可知, Pb离子在PZT的A位数量增加,会导致 XRD图谱中(001)、(002)、(102)以及(112)晶面衍射峰强的增加, 因此可以推断原料中添加过量Pb离子可以有效提高Pb在PZT中的固溶度, ICP测试结果(表3)也同样印证了这一结论. 0.5 mol/L 碱度条件下, Pb过量20mol%就补偿了A位Pb离子的缺失, 并且使A位Pb离子与B位Zr离子和Ti离子总和的比例为1.05:1, 非常接近设计值1. Pb过量度继续增大, (001)、(002)、(102)以及(112)晶面衍射峰强有减弱的迹象, 并出现第二相杂相. 由此可见, 原料中Pb离子的过量必须在一定范围内, 过低不能实现对A位Pb 的有限补偿, 过高又会生成第二相.图6为原料中Pb不过量和过量20mol%的SEM照片, 由图可见, Pb不过量水热反应后的产物表面存在很多无定向物质. 通过在原料中添加过量的Pb离子, 可以有效的消除无定型物质, 得到晶体发育饱满的纯相PZT晶粒. 颗粒形态为立方体型, 尺寸均一, 并且分散均匀.将矿化剂浓度提高到 2 mol/L, 期望在碱度为2 mol/L条件下, 同样可以制备出优良的PZT粉体.图7为原料中Pb过量20mol%、40mol%、60mol%和80%的条件下产物的XRD图谱. Pb过量20mol%的PZT产物依然是立方相结构为主, 在(001)、(002)、(102)以及(112)晶面处的衍射峰没有明显分峰. 随着碱度的增加, 上述晶面处的衍射峰开始出现分峰, 说明产物四方化程度逐渐增强, 产物中有更多的Pb离子进入PZT晶体结构中. 同时发现Pb过量到 80mol%也没有任何杂相出现, 碱度越高需要补偿A位Pb空位也就越多, 需要原料中添加更多的Pb离子才能实现对A位的完全补偿. ICP结果显示Pb过量 80mol%时, A、B位原子摩尔比为1.01,最接近设计值.表3 水热反应条件为200℃, 4 h, 不同实验参数下所得产物ICP测试结果Table 3 ICP results of PZT powders obtained at 200℃ for 4 h with different experimental parametersSeries KOH /(mol·L−1) Pb excess /mol% X Y A 0.5 0 0.542 0.90 B 0.5 20 0.513 1.05 C 1 0 0.544 0.75 D 1 40 0.514 1.03 E 1 60 0.514 1.03 F 2 0 0.493 0.68 G 2 60 0.512 0.97图6 不同Pb过量程度条件下所得产物的SEM照片Fig. 6 SEM images of PZT powders prepared with different Pb excessesCondition: 200℃, 4 h, 0.5 mol/L KOH图 8为原料中 Pb过量 20mol%、60mol%和80mol%产物的SEM照片. Pb过量20mol%的产物依然不能很好地补偿PZT A位的Pb空位, Pb过量60mol%的时候, 产物已经为发育良好的PZT粉体, 但ICP结果(表3)显示A、B位原子比为0.97, 依然有少许的缺失. 当Pb过量达到80mol%的时候, 产物形貌上和Pb过量60mol%产物相似, 但A、B位原子比更接近设计值.图7 不同Pb过量程度条件下所得产物的XRD图谱Fig. 7 XRD patterns of PZT powders prepared with different Pb excessesCondition: 200℃, 2 mol/L KOH, 4 h综上所述, 碱度对最终PZT产物A位Pb离子的固溶程度有着重要的影响. 碱度越高, A位缺失的 Pb离子就越多. 但这种缺失是可以通过在原料中添加过量的Pb离子来补偿的, 碱度越高, 所需补偿的Pb离子就越多, 所需添加的Pb离子的过量程度也就越高. 但在特定碱度下不是 Pb离子可以无限过量的, 过多的 Pb离子加入量会导致最终产物中出现第二相, 碱度越高, Pb离子添加的上限就越高, 可以添加更高浓度的Pb离子.3 结论采用水热法合成了锆钛比为52/48的PZT陶瓷粉体, 研究了不同矿化剂浓度, 不同反应时间, 不同原料添加量对最终产物物相、成分和形貌的影响, 得到如下结论: 1) 利用水热法合成了单相, 纯净, 立方体形貌且平均颗粒尺寸在1 μm的PZT陶瓷粉体, 颗粒结晶度高;图8 不同Pb过量程度下所得产物的SEM照片Fig. 8 SEM photographs of PZT powders prepared with different Pb excessCondition: 200℃, 2 mol/L KOH, 4 h2) 矿化剂KOH浓度对最终产物的形貌和PZT固溶体成分有重要的影响, 随着碱度的升高, PZT的 A位会出现Pb离子的空位. 碱度越高, A位空位越多, Pb的缺失量越大. 产物四方化程度逐渐减弱, 出现从四方相向立方相的转变;3) 反应时间达到 4 h后, 结晶产物数量趋于稳定. 反应时间的延长不能消除Pb缺失造成的PZT晶体发育不完善和非晶体无定形物质;4) 碱度所引起 Pb离子缺失可以通过在原料中添加过量的 Pb离子来补偿的, 碱度越高, 所需添加的Pb离子的过量程度越高. 但在特定碱度下Pb离子的添加量是有限的, 过多的Pb离子加入量会导致最终产物中出现第二相.参考文献:【相关文献】[1] 强银育. 锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷及其应用. 电机电器技术, 1990(2): 22−26.[2] Wu A, Vilarinho P M, Miranda I M, et al. 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低温烧结用PZT粉体水热合成

低温烧结用PZT粉体水热合成胡志强;奥谷昌之;金子正治【期刊名称】《中国陶瓷》【年(卷),期】2001(37)2【摘要】水热合成了低温烧结用PZT粉体。

合成时添加Fe+ 2 ,Bi+ 3 ,Cu+ 2 等离子化合物 ,生成粉体中外加微量Ba(Cu0 .5W0 .5)O3 ,经X -ray,SEM ,TG -DTA 及比表面积的测定 ,表明当反应介质为 4mol/LNaOH ,时间 2h,反应温度2 0 0°C 时 ,合成的粉体中PZT微晶子已大量生成。

PZT陶瓷在850°C温度下烧成 ,密度可达理论值 98%。

并对其压电性能进行了测定 ,结果证实 ,微量烧结助剂的添加除有效地降低烧结温度外 ,使Qm 值提高 ,而Kp值有所下降。

【总页数】4页(P7-10)【关键词】水热合成;低温烧结;PZT粉末;锆钛酸铅【作者】胡志强;奥谷昌之;金子正治【作者单位】大连轻工学院材料系;静冈大学工学部物资工学科【正文语种】中文【中图分类】TQ174.758;TQ134.53【相关文献】1.水热条件对易烧结PZT粉体合成的影响 [J], 胡志强;奥谷昌之;金子正治2.水热法合成PZT粉体的研究 [J], 刘军;田沃;韩晓春;王超;任玉龙;林丽;许晶晶3.微波-水热法合成PZT粉体的研究 [J], 邓宏;姜斌;曾娟;李阳;李言荣;王恩信4.高性能锆钛酸铅（PZT）粉体的水热法合成及其压电陶瓷性能研究 [J], 周盈盈;高小琴;常钢;舒宏辉;尚勋忠;周桃生;何云斌5.二乙醇胺辅助溶胶-水热法低温合成四方形貌Pb(Zr_(0.52)Ti_(0.48))O_3粉体[J], 余占军;胡艳华;王玉卓;姚海云因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。