三元铁电单晶Pb(Yb1/2Nb1/2)O3-Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3生长及性能表征

采用高温助熔剂法首次成功生长出了Pb(Yb1/2Nb1/2) O3-Pb(Zn1/3Nb2/3) O3-PbTiO3 (PYZNT)三元铁电单晶,并对晶体组分、介电、铁电和压电性能进行了研究.结果表明,晶体为纯三方钙钛矿相,实际组分为0.68PYN-0.22PZN-0.1PT.分别对晶体的介电,铁电和压电性能进行研究.介电常数ε'和介电损耗tanδ对温度和频率表现出典型的弛豫行为.晶体的居里温度TC为80℃.由于反铁电体PYN含量较高,晶体具有非常大的矫顽场,在100kV/cm的外电场条件下极化还不能反转,因而无法得到饱和的电滞回线.在未极化条件下,测得晶体的压电常数d33为78 pC/N.     

稀土离子对0.6Ca0.6La0.267TiO3-0.4Ca(Mg1/3Nb2/3)O3陶瓷微观组织结构及微波介电性能的影响

采用固相合成方法制备钙钛矿结构的0.6Ca06La0.267TiO3-0.4Ca(Mg1/3Nb2/3)O3微波介质陶瓷,研究了La3+、Nd3+、Sm3+、Ce4+掺杂对0.6CLT-0.4CMN体系微观组织结构和介电性能的影响.研究结果表明:稀土离子的掺杂,在0.6CLT-0.4CMN体系优良介电性能基础上有积极的改善效果,不同程度稀土离子掺杂对该体系的晶粒尺寸、气孔率等微观组织结构也有不同的影响.La3+、Nd3+、Sm3+、Ce4+6掺杂完全固溶到0.6CLT-0.4CMN陶瓷相中,并没有改变陶瓷主晶相,但会在一定程度上发生晶面衍射峰偏移.适量掺杂Ln3可以有效促进0.6CLT-0.4CMN陶瓷的致密化,提高0.6CLT-0.4CMN体系陶瓷的微波介电性能.La3+、Nd3+、Sm3+、Ce4+掺杂可以有效提高Q ×f值,并在一定程度上降低谐振频率温度系数.其中,掺杂0.75mol; Nd3+的0.6CLT-0.4CMN体系微波介电性能最佳(εr=66.7,Q×f=13037 GHz,rf=22.59 ppm/℃)     

Sr2+置换改性Ca0.25(Li1/2Sm1/2)0.75TiO3陶瓷的微波介电性能研究

采用固相法制备了(Ca1-xSrx)0.25(Li1/2Sm1/2)0.75TiO3(CSLST-x)( x= 0～1/10)系列微波介质陶瓷材料,研究不同含量的Sr2+含量对该体系的相组成、烧结性能和微波介电性能影响.在x=1/22～1/10范围内,Sr2+的掺杂不会改变晶体的结构;在1175～1200 ℃烧结时,相同烧结温度下随着Sr2+含量的增加,介电常数εr增大,无载品质因数与谐振频率乘积Qf值降低;置换离子Sr2+的添加使该体系的烧结温度降低了近200 ℃,并保持良好的微波介电性能.其中,x=1/16的CSLST陶瓷在1200 ℃烧结,保温5 h时具有较好的微波介电性能:εr=97.2,Qf=2490 GHz,τf =14.74 ppm/℃.     

PZT基反铁电材料研究进展

在综述Pb(Zr,Ti)O3(PZT)基反铁电材料的研制与性能研究进展的基础上,重点探讨了PZT95/5反铁电材料和在PZT基础上掺杂改性的Pb(Zr,Sn,Ti)O3(PZST),(Pb,La)(Zr,Sn,Ti)O3 (PLZST)反铁电材料.总结了利用La3+、Nb4+、Hf4+、Sr2+、Ba2+和Nd3+等离子对富锆PZT以及PZST粉体、陶瓷以及薄膜材料的掺杂取代改性研究.讨论了各类PZT基反铁电材料的铁电(FE)-反铁电(AFE)相变机理以及其场致应变性能.展望了PZT基反铁电材料今后研究与应用的发展方向.     

高压与掺杂对KDP晶体能带结构的影响

构建了高压条件下KDP晶体的原子结构模型和掺杂有Li+、Na+、Rb+、Cs+、Be2、Mg2+、Ca2+、Cr3+、Co2+、Cu2+、Al3+、La3+等12种阳离子的KDP晶体超级原胞结构模型,采用第一性原理计算了高压下的KDP晶体的能带结构和态密度,研究了替位式掺杂的形成能以及不同掺杂离子对电子结构的影响.结果表明:KDP晶体的带隙宽度随着压强的增加呈线性增长趋势;Co2+、Cu2+、La3+等重金属离子具有较低的掺杂形成能而易于形成替位式掺杂;碱金属离子掺杂后其带隙比二价离子和三价离子替位掺杂情形大得多,且随原子序数增大而增大.文章还依据能带理论构建了材料的电导率和热导率与带隙的关联式,分析讨论了高压和掺杂对KDP晶体热导率和激光损伤的影响.     

新型( Yb3+,La3+)∶Gd2SiO5和(Yb3+,Tb3+)∶GdTaO4单晶生长及分凝研究

采用提拉法生长了尺寸为φ30 mm × 50 mm的(Yb3+,La3+)∶Gd2SiO5单晶和尺寸为φ24 mm×57 mm的( Yb3+,Tb3)∶GdTaO4单晶,用X射线荧光法测量了掺杂样品的组分浓度在晶体中的分布,拟合了掺杂离子的有效分凝系数,结果表明:Yb3+在Gd2SiO5晶体中的分凝系数为1.185(15),接近单位1,而La3+则为0.68 (10),偏离单位1较多,对晶体的光学均匀性会有较大的影响;Yb3+和Tb3+在GdTaO4中的分凝系数为0.84(14)和0.84(5),接近单位1,对晶体的光学均匀性影响较小.     

La、Nb掺杂对Bi4Ti3O12薄膜介电性能和C-V特性的影响

采用溶胶-凝胶工艺制备了Bi4-xLaxTi3O12和Bi4Ti3-yNbyO12铁电薄膜,研究了La、Nb掺杂对薄膜介电性能和C-V特性的影响.研究表明,在x<0.75、y<0.06范围内,随La、Nb掺杂量的增加, Bi4-xLaxTi3O12和Bi4Ti3-yNbyO12薄膜的介电常数和C-V特性曲线回滞窗口增大,介电损耗和漏电流密度减小.x>0.5时,Bi4-xLaxTi3O12薄膜可获得大于1.8 V的C-V回滞窗口,且经1010极化开关后其回滞窗口的减小未超过6;;而Nb掺杂对增大Bi4Ti3-yNbyO12薄膜C-V回滞窗口的作用更加明显,但经1010极化开关后,其回滞窗口的减小较为明显,并出现一定平移.     

四方相区NBT-KBT无铅铁电介电弛豫与铁电相变研究

本文研究了具有四方结构的(Na1-xKx)0.5Bi0.5TiO3体系中x＝0.22,0.26和0.30陶瓷材料不同温度下的电滞回线,结合变温XRD和介电温谱分析,发现该体系四方结构的组成为反铁电体,但紧靠准同型相界的四方结构由于场诱导下引起的反铁电-铁电相变,表现出铁电体特性,材料在升温过程中由于反铁电宏畴向微畴的转变导致了介电峰的产生,且在介电温谱上表现出强烈的介电常数-频率依赖性,为弛豫铁电体特征.     

光敏化La2O3/TiO2催化剂的制备及其光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法和水热法制备了La2O3/Ti O2复合物,将此种La2O3/Ti O2复合物利用叶绿素提取液浸泡后,制得了光敏化La2O3/Ti O2复合物,并采用透射电子显微镜、X-射线衍射仪、比表面积测定仪和紫外-可见分光光度计等对样品进行了表征。结果表明:La2O3/Ti O2催化剂的颗粒粒径在3~10 nm之间,BET比表面积为173.53 m2/g,光敏化La2O3/Ti O2复合物具有较好的可见光响应性能。在可见光下研究了几种光催化剂对水中六价铬离子的光催化还原效果,光催化结果表明:以光敏化La2O3/Ti O2复合物为催化剂,在可见光下光催化还原含Cr6+废水180 min后,Cr6+脱除率达到78.7%。     

(K,Na)3La2(BO3)3固溶体系的晶体结构

本文合成了一系列的(K,Na)3La2(BO3)3硼酸盐,通过自发结晶得到了组分为K1.34,Na1.66La2(BO3)3的单晶.单晶X射线结构分析表明该晶体与Na3La2(BO3)3同构,并且当K+取代Na+的数量小于2/3时,晶体结构仍为Na3La2(BO3)3构型.该晶体的基本结构单元为孤立的(BO3)3-基团.一个单胞中含有6个BO3基团,其中两个沿c方向一致平行排列,而剩余的4个BO3基团的排列方向与c方向呈一定的角度,从而减小了BO3基团对非线性效应的贡献.粉末倍频测试该晶体的有效非线性系数约为KDP的2.4倍.此外,研究表明用适量的Rb+,Li+取代Na+时,固溶晶体结构也不发生改变.     

(Na1/2Bi1/2)TiO3-(Na1/2Bi1/2)(Zn1/3Nb2/3)O3无铅压电陶瓷的介电特性研究

采用固相合成法制备了(1-x)(Na1/2Bi1/2)TiO3-x(Na1/2Bi1/2)(Zn/23Nb2/3)O3(简写为(1-x)NBT-xNBZN)无铅压电陶瓷.研究了该体系陶瓷晶体结构、弥散相变特征与介电弛豫行为.X射线衍射分析表明,所研究的组成均能够形成纯钙钛矿(ABO3)型固溶体.当x≥0.5%摩尔分数时,该体系陶瓷具有三方、四方共存的晶体结构.材料的介电常数-温度曲线显示陶瓷具有两个介电反常峰Tf和Tm.修正的居里-外斯公式较好的描述了陶瓷弥散相变特征,弥散指数随x的增加而增加.x≤0.5%摩尔分数的陶瓷仅在低温介电反常峰Tf附近表现出明显的频率依赖性,随x的增加,陶瓷材料在室温和低温介电反常峰Tf之间都表现出明显的频率依赖性.根据有序-无序转变和宏畴.微畴转变理论探讨了该体系陶瓷介电弛豫特性的机理.     

Pb(In1/2Nb1/2)O3-Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-PbTiO3压电陶瓷的介电、铁电和压电性能

采用两步法制备了0.30Pb(In1/2 Nb1/2)O3-(0.70-x)Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3(PIN-PNN-PT,x=0.33,0.35,0.37,0.39)压电陶瓷.研究了PIN-PNN-PT压电陶瓷的相结构、介电、铁电和压电性能.研究表明位于准同型相界(MPB)的组分0.30PIN-0.33PNN-0.37PT具有最佳电学性能,其居里温度TC、压电系数d33、平面机电耦合系数kp、自由介电常数ε二介电损耗tanδ、剩余极化Pr、矫顽场EC分别为200℃、386 pC/N、50;、2692、0.045、34 μC/cm2、18 kV/cm.结果 显示PIN-PNN-PT三元系相比于PNN-PT有更高的居里温度,同时保持了优异的压电性能.     

Pb(Sc1/2Nb1/2)O3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3弛豫铁电晶体的生长及表征

采用高温溶液法生长了准同型相界(MPB)四元弛豫铁电单晶Pb(Sc1/2Nb1/2) O3-Pb(Mg1/3 Nb2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3,得到较大尺寸且具有规则外形的立方单晶.研究结果表明所生长的晶体为钙钛矿结构,立方晶粒平整的暴露面均为(001)面;晶体以层状方式生长,生长机制为搭桥生长;所生长晶体的矫顽场Ec～3.52kV/cm,三方四方相变温度Tr-t～104℃,居里温度Tc～149.5℃,压电常数d33～1089 pC/N,剩余极化强度Pr～25.4 μC/cm2;随着频率增加,晶体的相变弥散度减小.     

Growth and study of PbFe1/2Ta1/2O3 single crystals

Single crystals of the composition PbFe_1/2Ta_1/2O₃ are grown by the method of mass crystallization from flux. It is established that, unlike the PbFe_1/2Ta_1/2O₃ ceramic, the synthesized single crystals possess pronounced relaxor properties: the maximum of the dielectric constant is diffuse and its temperature, T _m, increases by more than 70 K with an increase in the frequency from 10² to 10⁶ Hz. It is assumed that the unusual properties of the PbFe_1/2Ta_1/2O₃ crystals are caused by mesoscopically inhomogeneous compositional ordering and comparatively high conductivity providing favorable conditions for the appearance of the volume-charge and thermal electron polarization.     

BiFeO3-PbTiO3-Bi(Zn1/2Ti1/2)O3-PbZrO3高温压电陶瓷的电导机制研究

以传统陶瓷工艺制备了0.54BiFeO3-0.26PbTiO3-0.15Bi(Zn1/2Ti1/2) O3-0.05PbZrO3(BF-PT-BZT-PZ)高温压电陶瓷,采用交流阻抗谱技术,结合交流电导率的测试与分析,研究了陶瓷在高温下的电导行为.阻抗谱分析表明陶瓷的绝缘性能由晶粒和晶界共同贡献,其中晶粒激活能为0.75 eV,晶界激活能为1.83 eV.BF-PT-BZT-PZ陶瓷的电学等效电路可以用两个R-CPE并联电路串联构成.高温交流电导率的测试结果表明BF-PT-BZT-PZ的电导率随着温度的上升而增大,高温下其电导机制为离子电导,激活能为0.77 eV,主要载流子类型为氧空位.     

锂离子电池正极材料Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2电极过程动力学研究

采用共沉淀法制备锂离子电池正极材料Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2,通过循环伏安法和电化学交流阻抗分析,探讨了锂离子在LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2中嵌入和脱出的机制。循环伏安测试结果表明,LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料结构中不存在John-teller效应,从而抑制了电极材料和电解液之间的副反应。电化学交流阻抗测试结果表明,随着电压的升高Rct(电荷转移电阻)值逐渐减小,而随着循环次数的增加Rct值逐渐增大。     

MnO2掺杂对BiFeO3-PbTiO3-Bi(Zn1/2Ti1/2)O3-PbZrO3陶瓷组织与性能的影响

采用固相烧结法制备MnO2掺杂的BiFeO3-PbTiO3-Bi(Zn1/2Ti1/2)O3-PbZrO3 (BF-PT-BZT-PZ)压电陶瓷,研究了不同MnO2掺杂量对材料结构及压电介电性能的影响.实验结果表明,适量的MnO2掺杂,不仅能使晶粒长大,提高晶界强度,而且可以改善材料的介电压电性能.当MnO2掺杂量为0.1 mol;时,880℃(5 h)烧结的陶瓷样品性能参数为:d33 =97 pC/N,kp=0.29,kI=0.37,εr=390,tanδ ～0.02.     

(Ni1/3Nb2/3)1-xTixO2微波介质陶瓷的组织结构及微波介电性能

采用固相反应法制备金红石结构(Ni1/3Nb2/3)1-xTixO2 (NNTO)(0.3≤x≤0.5)微波介质陶瓷,通过XRD、SEM、网络分析仪和激光拉曼光谱研究了组分变化对NNTO陶瓷显微结构、晶体结构和介电性能的影响.研究结果表明,随着x值减小,NNTO陶瓷气孔率和平均孔径增大.Ni2+、Nb5+含量增大将导致钛氧八面体畸变程度增大,晶胞体积增大,振动键能增强.在两者影响因素的共同作用下,NNTO陶瓷介电常数减小,品质因数增大,谐振频率温度系数降低.当Ni、Nb的取代量的摩尔含量为0.3 mol时,经过1150℃,2h的烧结,所获得的NNTO陶瓷样品具有优异的微波介电性能:占r=69,Q×f=17431 GHz,τf=77 ppm/℃.     

Flux growth of PbMg1/3Ta2/3O3 single crystals

Single crystals of PbMg_1/3Ta_2/3O₃ (PMT) were grown by the flux method. The PbO–Pb₃O₄–B₂O₃ system was used as a solvent. Transparent and light yellow PMT single crystals of rectangular shape and dimensions up to 10×6×4 mm³ were obtained. For the applied growth conditions only, the crystals of the perovskite structure were grown. X-ray diffraction tests showed that at room temperature PMT exhibits cubic symmetry with lattice parameter a=4.042(1) Å. Dielectric studies pointed to relaxor properties of PMT. The characteristic broad and frequency-dependent maximum of dielectric permittivity was observed at 179.7 K (1 kHz).