掺镧钛酸铋钠系纳米晶和陶瓷的制备、表征及相关性质研究

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众所周知,压电陶瓷作为功能材料在许多领域中得到广泛的应用.在大量的压电陶瓷中,三元系的PZT压电陶瓷由于其优良的性能仍然占据着主导地位.近年来,科学家们认识到包括PZT在内的铅基压电陶瓷对环境造成了严重的污染,尤其在材料的制备、使用和废弃过程中会向空气、水资源和土壤中释放大量的有毒铅元素.因此人们希望能够寻找出性能上与铅基陶瓷相抗衡、环境友好的替代材料.环境问题已经得到了全世界范围内的关注,关系到我们每一个人,为了保护自然环境,我们所使用的材料必须从更本上得到改善,实现压电陶瓷无铅化生产.现有的无铅压电陶瓷主要有四种结构;钙钛矿结构、焦绿石结构、钨青铜结构以及层状氧化物铋类钙钛矿结构.其中钙钛矿结构的铁电体是为数最多的一类铁电体.钛酸铋钠Bi<,1/2>Na<,1/2>TiO<,3>(NBT)基无铅压电陶瓷就是属于钙钛矿结构,是目前研究最广泛、最具有吸引力的无铅压电陶瓷体系.1960年Smolensky等人发现了NBT的铁电性.在室温下NBT属三方晶系,其居里温度T<,c>为320℃,NBT具有较强的铁电性,剩余极化强度为Pr=38μC/cm<2>,矫顽场为Ec=kV/cm.除此之外NBT还具有其它的优良性质,如较高的机械强度等.采用金属有机分解法(MOD法)制备NBT和掺杂NBT纳米晶和陶瓷是该论文的重要创新点之一,至今还未见相关报道.相对于其它的方法来说,金属有机分解法具备简易、成本低、均匀性好、化学剂量比易于控制、原料选择范围广等诸多优点.因为具有独特的性能和潜在的应用前景,纳米晶材料引起人们越来越多的兴趣.作者首次采用MOD的方法成功地制备了NBT和掺杂NBT纳米晶,并且对其性质进行了研究.XRD和DTA-TG的结果表明退火温度为800℃;退火时间为10min,可以得到钙钛矿结构、结晶良好的NBT纳米晶,其结果与有关的参考文献一致.XRD指标化后的结果表明,NBT纳米晶在室温下是三方结构,晶胞参数和晶胞体积与有关文献中单晶和陶瓷的数据非常接近.通过X射线衍射线宽法和透射电镜观察法证实了其结构为纳米相结构.
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