水热合成钛酸钡及其纳米线中间体生成机理研究
发布时间：2020-12-14 02:33
压电材料在土木工程中具有广泛应用,既可通过正压电效应发挥感知与能量收集功能,使无源结构监测网络的构建成为可能;也可以通过负压电效应控制压电体形变,实现对结构的主动控制。土木工程中常用的压电材料为锆钛酸铅,然而这类铅基材料对环境污染大,目前已成为欧盟国家逐渐要取缔的材料。因此开发高性能无铅压电陶瓷及其复合材料势在必行。钛酸钡具有较高的压电系数,无毒无污染,逐渐回归为压电材料的研究的热点。水热法合成钛酸钡具有诸多优势,但其产物中具有较多的氢氧根和钡离子缺陷。同时,关于水热转化的机理众说纷纭,暂无定论,无法为高性能钛酸钡的合成提供理论指导。复杂前驱体的应用在一定程度上改善了钛酸钡的表现,但成本较高。针对以上问题,本文以二氧化钛为原料,通过对水热合成过程中制备条件的控制,运用多种表征手段,合成了尺寸分布范围窄,分散性好,形貌均一的钛酸钡颗粒,揭示了低浓度前驱体诱导的两步转化生成钛酸钡的新过程,发现了氧化石墨烯的新作用,确定了一种新型钡-钛-氧纳米线单晶结构。课题主要包括以下四个方面:（1）对水热条件及其影响进行研究:通过控制Ti O2用量、反应时间、碱的浓度等,研究水热条件的变化对钛酸钡形貌和...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钛酸钡介电常数、晶体结构随温度关系图[7]
域）逐渐消失，体系自由能增加。钛酸钡是最早发现的钙钛矿结构铁电体，其居里温度在早期一直被认为是120℃[9]，1958年T.L用由TiCl4提纯后的TiO2制备钛酸钡，发现在130℃附近有尖锐的介电峰（铁电体在居里温度附近会出现介电反常现象：介电常数突增骤降），怀疑居里温度可能会改变。1964年他在MIT向Smakula教授请教该实验的时候，Smakula解释说是因为TiO2用TiCl4提纯后，前驱体中钛元素含量增加，从而导致的误差，而现代研究认为晶粒尺寸是导致居里温度变化的主要原因，粒径大于1μm时BaTiO3的居里温度为130℃[10]。图1.2介电、压电、热释电、铁电体关系[11]由图1.2可知铁电体都具有压电性，而压电材料不一定具有铁电性。压电晶体受到外力产生形变时，在其表面会产生与外力成线性变化的电荷积累（机械能与电能的相互转化），这种机电耦合效应在柔性能量收集与信号感知传递装置方面的应用吸引了广泛关注。Jeong[12]等利用两步水热法制备的钛酸钡柔性复合材料在
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-5-人体关节弯曲的微变形运动中产生了2-6V电压，最大接收电压为14V且经历104以上次循环，电信号没有衰退的现象，证明了压电柔性自集能装置的高效性、稳定性。表1.1钛酸钡的性能与应用领域钛酸钡性能应用领域介电性MLCC等电容器、绝缘材料、电容式能量存储器压电性压电式能量收集器、压电传感器、超声仪器热电性热敏电阻铁电性铁电存储器、调频器居里点与钛酸钡晶体的诸多性能密切相关，由介电反常现象可以发现此时介电性能最强。Harigai[13]等实验发现BaTiO3/SrTiO3多层结构界面处产生的应力极大增强了材料的介电性能，四方相向立方相转化时产生的内部应力是介电增强的主要原因。水热法有时会降低钛酸钡产物的居里温度，降低温度稳定性。唐甲[14]等发现200℃水热24h后产物的居里温度约为115℃。样品的尺寸对其铁电、压电、介电性能影响较大。Adam[15]等通过系列实验发现钛酸钡纳米颗粒的介电常数从94±65（粒径10nm）逐渐增加到1400±813（758nm）。Polotai[16]等发现小粒径的钛酸钡偏向于形成顺电立方相结构，粒径较大时偏向于铁电四方相。图1.3钛酸钡尺寸效应与相变关系[16]晶型与钛酸钡性能联系密切，铁电四方相的非对称性会导致其介电常数远高于顺电立方相[17]。Zhu[18]等同时发现除了更高的介电常数外，水热合成的四方相粉体比立方相拥有更好的烧结性能、更高的密度。Dutta[19]等认为晶格内OH-杂质导致缺陷和微应力使生成立方颗粒，同时发现卤素钡盐使四方相成分更高。
本文编号：2915639
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钛酸钡介电常数、晶体结构随温度关系图[7]
域）逐渐消失，体系自由能增加。钛酸钡是最早发现的钙钛矿结构铁电体，其居里温度在早期一直被认为是120℃[9]，1958年T.L用由TiCl4提纯后的TiO2制备钛酸钡，发现在130℃附近有尖锐的介电峰（铁电体在居里温度附近会出现介电反常现象：介电常数突增骤降），怀疑居里温度可能会改变。1964年他在MIT向Smakula教授请教该实验的时候，Smakula解释说是因为TiO2用TiCl4提纯后，前驱体中钛元素含量增加，从而导致的误差，而现代研究认为晶粒尺寸是导致居里温度变化的主要原因，粒径大于1μm时BaTiO3的居里温度为130℃[10]。图1.2介电、压电、热释电、铁电体关系[11]由图1.2可知铁电体都具有压电性，而压电材料不一定具有铁电性。压电晶体受到外力产生形变时，在其表面会产生与外力成线性变化的电荷积累（机械能与电能的相互转化），这种机电耦合效应在柔性能量收集与信号感知传递装置方面的应用吸引了广泛关注。Jeong[12]等利用两步水热法制备的钛酸钡柔性复合材料在
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-5-人体关节弯曲的微变形运动中产生了2-6V电压，最大接收电压为14V且经历104以上次循环，电信号没有衰退的现象，证明了压电柔性自集能装置的高效性、稳定性。表1.1钛酸钡的性能与应用领域钛酸钡性能应用领域介电性MLCC等电容器、绝缘材料、电容式能量存储器压电性压电式能量收集器、压电传感器、超声仪器热电性热敏电阻铁电性铁电存储器、调频器居里点与钛酸钡晶体的诸多性能密切相关，由介电反常现象可以发现此时介电性能最强。Harigai[13]等实验发现BaTiO3/SrTiO3多层结构界面处产生的应力极大增强了材料的介电性能，四方相向立方相转化时产生的内部应力是介电增强的主要原因。水热法有时会降低钛酸钡产物的居里温度，降低温度稳定性。唐甲[14]等发现200℃水热24h后产物的居里温度约为115℃。样品的尺寸对其铁电、压电、介电性能影响较大。Adam[15]等通过系列实验发现钛酸钡纳米颗粒的介电常数从94±65（粒径10nm）逐渐增加到1400±813（758nm）。Polotai[16]等发现小粒径的钛酸钡偏向于形成顺电立方相结构，粒径较大时偏向于铁电四方相。图1.3钛酸钡尺寸效应与相变关系[16]晶型与钛酸钡性能联系密切，铁电四方相的非对称性会导致其介电常数远高于顺电立方相[17]。Zhu[18]等同时发现除了更高的介电常数外，水热合成的四方相粉体比立方相拥有更好的烧结性能、更高的密度。Dutta[19]等认为晶格内OH-杂质导致缺陷和微应力使生成立方颗粒，同时发现卤素钡盐使四方相成分更高。
本文编号：2915639
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