鈦酸鉍材料的制備,表征及性能研究.pdf

1、本文以鈦酸鉍納米材料和陶瓷材料為研究對(duì)象,研究了Bi12TiO20、Bi2Ti2O7和Bi4Ti3O12納米粉體的化學(xué)合成、表征、光學(xué)及光催化性能;分析了純相和摻雜改性Bi4Ti3O12(BIT)陶瓷組成和晶體結(jié)構(gòu)對(duì)材料微觀形貌、介電、壓電和電導(dǎo)性能的影響。本文研究成果如下:
　　 發(fā)展了用溶液水熱法制備Bi12TiO20材料的方法,合成了微米球、微米花、納米棒和納米線等分級(jí)結(jié)構(gòu)晶體。為可控形貌,分析了反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、pH值

2、和PVA濃度對(duì)Bi12TiO20形貌和結(jié)構(gòu)的影響,確定了材料可控形貌的反應(yīng)參數(shù),提出了納米顆?！⒚谆ā{米線—微米球的生長(zhǎng)機(jī)理,并重點(diǎn)研究了材料的光學(xué)和光催化性能。結(jié)果展示了納米線具有最佳的光催化性能。同時(shí),采用無(wú)表面活性劑、無(wú)模板相助水熱法制備了高度分散的微米球,并展示了其良好的光催化性能。用金屬有機(jī)前驅(qū)體法合成了Bi4Ti3O12納米粉,展示了不同熱處理試樣的熒光和光催化性能。用PBR(Peroxide-Based-Route)—

3、微乳液法相結(jié)合的新型化學(xué)方法制備了分散性好的Bi4Ti3O12納米粉?；贒SC熱分析,應(yīng)用非平衡晶體化動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí),計(jì)算了納米粉體晶體化過(guò)程的激活能(Ea)和Avrami指數(shù)(n)。
　　 研究了BIT,Bi4Ti3-xWxO12+x+0.2wt％Cr2O3(BTWC),Bi4Ti3-2xNbxTaxO12(BTNT)和Bi4Ti3-2xNbxTax-ySbyO12(BTNTS)陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌、介電、壓電和電導(dǎo)性能

4、。對(duì)BIT陶瓷,優(yōu)化了其合成工藝,確定了最佳的工藝參數(shù),測(cè)試了其壓電系數(shù)d33=8pC/N。對(duì)BTWC陶瓷,確定了其晶格參數(shù):發(fā)現(xiàn)高摻雜量時(shí)第二相的存在;隨摻雜量的增加,其室溫介電常數(shù)和介電損耗也在增加;展示x=0.025試樣因最小電導(dǎo)率而獲最佳壓電系數(shù)d33=22pC/N。對(duì)BTNT及BTNTS陶瓷,展示其具有八面體結(jié)構(gòu),Nb/Ta摻雜抑制了晶粒生長(zhǎng)而少量Sb/Nb/Ta摻雜并沒有很大程度上影響陶瓷晶粒的大小。隨摻雜量增加,Nb/Ta

5、改性BIT的居里溫度減小至630℃而Sb/Nb/Ta改性的BIT其變化不大。B位摻雜有效控制了氧八面體的變形和氧空位濃度,導(dǎo)致其壓電性能的提高,即Bi4Ti2.98Nb0.01Ta0.01O12及Bi4Ti2.98Nb0.01Ta0.002Sb0.008O12獲最佳壓電系數(shù)d33=26pC/N及d33=35pC/N,并保持高的居里溫度。用電動(dòng)模行為分析其弛豫激發(fā)和直流電導(dǎo)激發(fā)的激活能,判定此陶瓷的導(dǎo)電機(jī)理是氧離子電導(dǎo)和弛豫現(xiàn)象相互作用引