氧八面体扭转及其对CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)介电性能影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理超软赝势平面波方法,通过调整氧原子的位置使TiO_(6)八面体扭转,对比了氧八面体扭转前后CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)(CCTO)的成键状况、能带结构、原子态密度及光频介电函数等性能参数的变化,发现Ti-O-Ti键扭转方向的变化对各原子的电荷、键长和布居几乎没有影响,但扭转角度的改变发挥了关键性作用。随着Ti-O-Ti键夹角的增大,Cu的电荷量增加,Cu—O键键长增大,布居数减小,同时介电常数显著增大,表明Cu—O键刚性约束被打破后有助于CCTO光频介电常数的增加。研究揭示了TiO_(6)八面体的扭转对CCTO宏观介电性能的影响,为基于微结构调控优化CCTO的介电性能提供了新思路。

TiO_(2)/Bi_(4)Ti_(3)O_(12)复合光阳极的制备及光电化学性能研究

合成了钛酸铋/二氧化钛(TiO_(2)/BTO)复合纳米棒阵列,并研究了其光电催化性能。通过水热法制备了TiO_(2)纳米棒阵列,采用凝胶-溶胶法在TiO_(2)纳米棒阵列表面复合Bi_(4)Ti_(3)O_(12)(BTO)薄膜获得TiO_(2)/BTO复合纳米棒阵列。结果表明,TiO_(2)/BTO复合纳米棒阵列形貌均一、结晶良好。光电催化测试表明,由于BTO对可见光吸收的增加以及与TiO_(2)间形成的半导体异质结,TiO_(2)/BTO复合纳米棒阵列的光电化学性能均高于纯的TiO_(2)纳米棒阵列,最优TiO_(2)/BTO复合光阳极的光电流密度达0.6 mA·cm^(-2)。

Ni_(2)O_(3)和ZrO_(2)共掺杂CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)陶瓷的介电性能研究

CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)(CCTO)介电陶瓷因具有极高的介电常数(ε′)而受到了广泛的关注与研究,并在电容器材料领域展现出巨大潜力。然而,较高的介电损耗(tanδ)和较差的温度稳定性限制了其发展。为了降低CCTO陶瓷的tanδ并提高温度稳定性,通过溶胶-凝胶法制备了Ni_(2)O_(3)和ZrO_(2)共掺杂的CCTO陶瓷。研究发现:通过掺杂Ni_(2)O_(3)和ZrO_(2),样品在维持高ε′的同时,显著地提高了温度稳定性并降低了tanδ。特别是质量分数1%Ni_(2)O_(3)和1%ZrO_(2)共掺杂的样品,其ε′高达4710,在-125~200℃温度范围内变化小于±20%,符合X9S电容器的标准(在-55~200℃范围内,Δε′<±20%)。并且该样品在室温下的tanδ低至0.012,优于纯CCTO的0.025。这些优异的性能与较大的晶界活化能和较高的晶界电阻有着密不可分的关系。

快速冷却对Y^(3+)掺杂的CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)陶瓷介电性能的影响

采用固相反应法制备了Ca Cu_(3)Ti_(4)O_(12)(CCTO)及Y^(3+)掺杂的Ca_(0.97)Y_(0.03)Cu_(3)Ti_(4)O_(12) (CYCTO)陶瓷,研究了陶瓷烧成过程中采用随炉冷却和在空气中快速冷却的工艺对陶瓷样品物相结构、微观形貌和介电性能的影响。结果表明,当采用随炉冷却工艺时,Y^(3+)掺杂的CYCTO陶瓷的介电常数(ε′)相对于未掺杂的CCTO陶瓷有所提高,同时介电损耗(tanδ)也得到同步降低。而当采用在空气中快速冷却的工艺时,CYCTO陶瓷的ε′和tanδ得到进一步优化。阻抗分析表明,在空气中快速冷却的CYCTO陶瓷的晶粒导电性和晶界的绝缘性得到同步提高,从而增强了CYCTO陶瓷的介电响应而提高了ε′;而晶界绝缘性地提高导致了tanδ的进一步降低。快速冷却的CYCTO陶瓷在1 k Hz时,其ε′高达4.06×10~4,tanδ降低到0.036,其介电性能比随炉冷却的CCTO陶瓷(ε′=1.68×10~4,tanδ=0.16)得到显著提升。

B位Mn/W共掺杂对Bi_(4)Ti_(3)O_(12)铋层状压电陶瓷的电学性能影响

采用直接反应烧结法制备Mn/W共掺杂的Bi_(4)Ti_(3-x)(Mn_(1/3)W_(2/3))_(x)O_(12)(BITMW-100x,0.01<x<0.07)铋层状高温压电陶瓷,研究Mn/W掺杂含量对BITMW-100x陶瓷的结构和电学性能的影响。XRD图谱结果显示,所有样品均表现出单一相。随着Mn/W掺杂含量的增加,SEM图谱中观察到陶瓷晶粒的尺寸呈现先变大后变小的趋势。介温图谱中发现Mn/W的掺杂能有效抑制Bi_(4)Ti_(3)O_(12)陶瓷样品的介电损耗,同时居里温度也呈现小幅度下降。Mn/W在取代Ti离子后能减少Bi_(4)Ti_(3)O_(12)陶瓷的氧空位缺陷浓度,减少氧空位对电畴的钉扎效应,提升压电系数。当Mn/W掺杂含量x=0.05时,陶瓷样品具有最佳的综合性能:介电损耗(tanδ)为0.7%,居里温度为674℃,压电常数(d_(33))为18.1pC·N^(-1),同时压电常数具有良好的热稳定性。

ZnO掺杂对CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)陶瓷介电性能的改善及其机理研究

现代科技的发展对于电子器件的小型化有着越来越高的要求,CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)(CCTO)是一种被认为具有开发潜力的介电材料,然而其介电损耗过高阻碍其投入应用,因此采用溶胶凝胶法制备了不同ZnO掺杂含量的CCTO陶瓷。使用了XRD、SEM、宽频介电谱仪和高阻计对所有样品的相组成、微观形貌和介电性能进行了表征,探讨了不同ZnO掺杂量对CCTO陶瓷介电性能的影响。结果表明,ZnO掺杂的CCTO陶瓷保持了单一的CCTO相结构和良好的晶粒分布,击穿特性有所增强。其中,ZnO掺杂浓度为摩尔分数6%的CCTO陶瓷,其相对介电常数为7471(1 kHz),tanδ最小值为0.018,并且在较宽的频率范围内(101~105 Hz)都具有较低的tanδ值(<0.05),击穿场强为2.95 kV/cm。分析表明,tanδ的改善主要是由于晶界电阻的增强和晶界弛豫极化损耗的降低所引起。ZnO掺杂的CCTO陶瓷具有良好的介电性能,对加快CCTO的广泛应用具有重要意义。

CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)陶瓷负温度系数电阻特性研究

采用溶胶-凝胶法制备了CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)粉体,压制成型工艺和传统烧结工艺制备了CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)陶瓷样品,研究了CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)陶瓷的相结构与烧结工艺的关系,表征并讨论了CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)陶瓷的负温度系数(NTC,Negative Temperature Coefficient)电阻特性,如电阻率(ρ)、热敏常数(B)、线性度和迟滞。实验结果证明:所制备的陶瓷坯体经950℃、1000℃、1050℃和1100℃烧结后可得到纯钙钛矿相的CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)陶瓷;同时具有良好的NTC特性,室温电阻率(ρ25)为1.5×107Ω·cm,热敏常数为6223~6874 K;线性度和迟滞分别为1.50%和1.00%。

Cu/Nb共掺杂BaBi_(4)Ti_(4)O_(15)-Bi_(4)Ti_(3)O_(12)新型共生铋层状压电陶瓷

通过传统固相法合成了具有超晶格结构的Ba Bi_(8)Ti_(7-x)(Cu_(1/3)Nb_(2/3))_(x)O_(27)(简称:BBT-BIT-x(Cu_(1/3)Nb_(2/3))共生陶瓷。结果表明,BBT-BIT-x(Cu_(1/3)Nb_(2/3))陶瓷的电学性能得到了有效地改善:随着x的增加,介电损耗呈现先减小后增大的趋势,居里温度逐渐增加(Tc:483~494℃);压电常数和剩余极化强度都呈现出先增大后减小的趋势,其中x=0.035时压电常数和剩余极化强度同时达到最高值分别为d_(33)=18 p C/N,2P_(r)=16.5μC/cm^(2)。此外,BBT-BIT-0.035(Cu_(1/3)Nb_(2/3))陶瓷具有良好的热稳定性,在400℃/0.5 h下压电常数仍有14 p C/N,是起始值的82.4%,这有利于在较高温度的环境下工作。

聚合物热解法制备的Ca_(1-x)TbxCu_(3)Ti_(4)O_(12)陶瓷的介电性能

CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)(CCTO)介电陶瓷具有巨介电常数和高温度稳定性等优点,在陶瓷电容器领域具有广阔的应用前景。然而,较高的介电损耗(tanδ)和较低的击穿场强(Eb)阻碍了其实际应用进程。为了降低tanδ并提高Eb,采用聚合物热解法制备了Ca_(1-x)TbxCu_(3)Ti_(4)O_(12)陶瓷,并系统研究了不同浓度的Tb取代对陶瓷相结构、微观形貌和介电性能的影响。结果表明,Tb取代会抑制晶粒生长,并且在显著降低陶瓷tanδ的同时能大幅提高Eb。特别是Ca_(0.90)Tb_(0.10)Cu_(3)Ti_(4)O_(12)陶瓷的tanδ和Eb分别为0.020和40.0 kV/cm,较CCTO(0.071,8.3 kV/cm)有了明显的改善。经分析,tanδ和Eb得到改善的主要原因是Tb提高了陶瓷的晶界激活能和晶界电阻,抑制了载流子的产生与传输。此外,所有样品均符合X7R的电容器标准。该成果有助于促进CCTO陶瓷的商业化进程。

熔盐法合成Yb^(3+)、Ho^(3+)掺杂CaBi_(4)Ti_(4)O_(15)及其上转换发光温敏性研究

通过熔盐法合成了Yb^(3+)、Ho^(3+)共掺杂CaBi_(4)Ti_(4)O_(15)荧光粉,研究其结构、形貌、上转换荧光和荧光温度传感特性。X射线衍射结果显示,所有样品都为纯相的铋层氧化物结构,随着Ho^(3+)掺杂浓度的提高,晶格收缩,引起了(119)衍射峰向高角度偏移。扫描电镜照片显示合成的粉末样品呈片状结构,长宽分布从百纳米到微米量级,厚度小于200 nm。合成的荧光粉末材料在980 nm红外激光激发下,发出明亮的可见光,其上转换发光对温度变化有明显的响应。基于归一化荧光强度的温敏发光实验结果表明,基于绿光发射带的温敏特征在488 K时有最大灵敏度0.00497 K^(-1),在583 K时有最大相对灵敏度1.01%K^(-1)。研究表明,熔盐法合成的具有片状结构的Yb^(3+)、Ho^(3+)共掺杂CaBi_(4)Ti_(4)O_(15)荧光粉在上转换荧光温度传感领域有很大的应用价值。

LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)/Li_(4)Ti_(5)O_(12)全电池的制备及电化学性能测试

为了提高LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)/Li_(4)Ti_(5)O_(12)全电池的电化学性能,本文通过对比实验,研究了在不同的N/P比以及充放电电压区间下的全电池性能表现。经对比数据发现,当正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)(NCM111)和负极材料Li_(4)Ti_(5)O_(12)(LTO)的N/P比为1.0:1.0,充放电电压区间为0.5~3.2V时,电池具备较好的比容量、库伦效率和循环稳定性。本文为后续LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)/Li_(4)Ti_(5)O_(12)全电池的工业化制造提供了帮助。

Li_(3)V_(2)(PO_(4))_(3)/Li_(4)Ti_(5)O_(12)锂离子全电池的电化学性质

研究了Li_(3)V_(2)(PO_(4))_(3)/Li_(4)Ti_(5)O_(12)全电池在不同电压区间的电化学性能.电流密度为17 mA/g,Li_(3)V_(2)(PO_(4))_(3)/Li_(4)Ti_(5)O_(12)在1.5~2.9 V下的首次放电比容量为125.1 mA h/g,30次循环后放电比容量为102.9 mAh/g,容量衰减22.2 mAh/g,容量保持率82.2%.相同电流密度下,Li_(3)V_(2)(PO_(4))_(3)/Li_(4)Ti_(5)O_(12)在1.5~3.3 V电压内的首次放电比容量为145.6 mAh/g,30次循环后放电比容量为110.8 mAh/g,容量衰减34.8 mAh/g,容量保持率76.1%.说明全电池在1.5~2.9 V电压区间内的电化学性能比在1.5~3.3V电压区间内好.研究对今后Li_(3)V_(2)(PO_(4))_(3)与其他负极材料的研究都具有一定的指导作用.

Y掺杂Ca_(1-x)Y_xCu_3Ti_4O_(12)陶瓷的制备及其介电性能研究

采用固相反应法制备了Y掺杂的CaCu_3Ti_4O_（12）（CCTO）陶瓷,研究了Y掺杂量对Ca_（1-x）Y_（2x/3）Cu_3Ti_4O_（12）（x=O%,1%,3%,5%）陶瓷的物相结构、微观形貌和介电性能影响,对Y掺杂影响CCTO陶瓷介电性能的机理进行了分析。结果表明：Y掺杂量在1~5 mol%时对CCTO陶瓷的相结构基本无影响;然而,当Y掺杂量达到3 mol%时,CCTO陶瓷的晶粒长大被明显抑制。Y掺杂量为1~3 mol%时,不仅可以提高CCTO陶瓷的介电常数,而且可以同步降低其介电损耗,从而有助于CCTO陶瓷的综合介电性能的提升。

共沉淀法制备CaCu_3Ti_4O_(12)陶瓷

为了降低CaCu_3Ti_4O_（12）陶瓷的介电损耗,保持高介电常数,采用共沉淀法制备CaCu_3Ti_4O_（12）陶瓷.研究了前驱粉料的热分解过程、煅烧后粉料的物相结构、陶瓷的显微结构和介电性能,并考察了Ca、Cu混合溶液pH值对CaCu_3Ti_4O_（12）陶瓷性能的影响.结果表明：当Ca、Cu混合溶液pH值为5.1时,制备的CaCu_3Ti_4O_（12）陶瓷介电损耗最低,而且能保持高介电常数.在室温下,频率为1kHz时,介电常数为1.4×10~4,介电损耗为0.037.通过对陶瓷性能对比,发现共沉淀反应中各元素的沉淀比例,陶瓷的微观结构和介电性能均受该pH值的影响.因此,Ca、Cu混合溶液的pH值对降低CaCu_3Ti_4O_（12）陶瓷介电损耗、保持高介电常数影响很大.

Ag@AgCl/Bi_(4)Ti_(3)O_(12)光催化降解亚甲基蓝的反应动力学研究

采用Ag@AgCl/Bi_(4)Ti_(3)O_(12)光催化剂,在可见光下处理亚甲基蓝溶液,考察了光催化剂投加量、废水pH值和光沉积时间等对降解效果的影响,进行光催化反应动力学拟合。结果表明,当光催化剂投加量为180 mg,pH值为10,光沉积时间为30 min时,用300 W氙灯光催化降解200 mL,10 mg/L亚甲基蓝溶液60 min时,其光催化脱色率达98.96%,Ag@AgCl/Bi_(4)Ti_(3)O_(12)在可见光下催化降解亚甲基蓝溶液的一级反应动力学有较好的拟合度,其表面反应速率k达0.07411 min^(-1),半衰期t_(1/2)为9.35 min,证明Ag@AgCl/Bi_(4)Ti_(3)O_(12)有较优的催化性能。

CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)前驱体煅烧温度对其介电性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)(CCTO)陶瓷粉体,研究煅烧后CCTO前驱体晶相对烧结成型后的陶瓷介电性能的影响。通过控制煅烧温度(450℃,500℃,550℃,600℃)来控制粉体物相,最后用1050℃进行烧结.结果表明,在低温下煅烧的粉体经过高温烧结也可以得到纯CCTO晶相.在未形成CCTO晶相下烧结的样品,晶粒更加粗大,拥有更高的介电常数和介电损耗.其中500℃样品介电性能表现最好,在1 kHz时达到4.7×10^(4),而介电损耗也在1 kHz时降到0.11,介电弛豫更加明显.形成CCTO晶相下烧结得到的样品,在介电性能方面表现出更加出色的温度稳定性和频率稳定性.

化学溶液分解法制备Bi_(4)Ti_(3)O_(12)纳米晶体材料

Bi4Ti3 O12 是一种典型的铁电材料 ,它具有优良的铁电、电光和压电等性能 ,广泛应用于电光器件、存储器及压电器件等方面 ,是制作铁电存储器的主要材料之一。化学溶液分解 (CSD)法是在溶胶凝胶 (Sol Gel)法和金属有机化合物分解 (MOD)法的基础上改进的一种方法 ,该方法不但继承了以上两种方法的优点 ,还弥补了它们的一些不足 ,工艺更简单、成本更低。本文以Bi(NO3 ) 3 ·5H2 O和Ti(OC4H9) 4为原料 ,用化学溶液分解法制备了纳米级Bi4Ti3 O12 晶体 ,用快速退火装置 (RTA)在不同退火温度和不同退火时间下对样品处理得到相应粒径的纳米晶体 ,并用X射线衍射和透射电镜对这些纳米晶体进行评估 ,研究了退火温度及时间对Bi4Ti3 O12 纳米晶体的结晶度和粒径大小的影响。

高价B位掺杂Bi_4Ti_3O_(12)陶瓷的铁电性能研究

用传统的固相反应方法制备了高价V掺杂的Bi4Ti3O12陶瓷样品,用X射线衍射对其结构进行了分析,并测量了样品的铁电和介电性能.结果发现,随着V的掺入,由氧空位引起的样品介电损耗峰的峰高被极大压制.氧空位的减少,使得样品中的畴钉扎效应减弱,从而提高了样品的抗疲劳特性和剩余极化.同时V的掺入,降低了材料的居里温度.

CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)表面修饰对低填充浓度的PVDF基复合材料介电与漏电特性的影响

通过溶胶凝胶-燃烧法制备微米钛酸铜钙(CCTO)颗粒,并对其表面化学镀镍修饰合成CCTO@Ni复合颗粒,分别以此为填充相,以聚偏二氟乙烯(PVDF)为基体材料,结合溶液涂覆法与淬火工艺,制备低填充浓度的PVDF/CCTO和PVDF/CCTO@Ni复合材料。利用X射线衍射仪分析PVDF复合材料的物相组成,用宽频阻抗分析仪和静电计-高压放大电源系统测试其介电特性和漏电流特性,研究低填充浓度下,表面镀镍修饰前后的CCTO和CCTO@Ni填充相及其填充浓度对PVDF基复合材料物相组成、介电特性与漏电流密度的影响。结果表明:PVDF基复合材料体系由无机钙钛矿陶瓷相和PVDF相混合而成。3%低体积分数CCTO提高PVDF复合材料介电常数15.53,比纯PVDF材料提高30.84%。CCTO颗粒表面镀镍修饰有利于低填充量下PVDF基复合材料介电损耗和漏电流密度的降低,源于纳米镍颗粒的库伦阻碍效应。尤其是,0.5%低体积分数的CCTO@Ni填充的PVDF/CCTO@Ni复合材料具有比纯PVDF材料低的介电损耗0.025和比纯PVDF材料低8.7%的漏电流密度1.0510-7A/cm^(2)。

溶剂热法制备多级纳米结构Bi_(4)Ti_(3)O_(12)及其光电性能研究

采用溶剂热法制备多级结构钛酸铋(Bi_(4)Ti_(3)O_(12))纳米材料,该材料由纳米片堆叠成层状,再自组装成5μm微米球状结构。表征该Bi_(4)Ti_(3)O_(12)纳米结构的光电性能,并与纳米片空心球结构Bi_(4)Ti_(3)O_(12)的光电性能进行对比。结果表明,该多级结构Bi_(4)Ti_(3)O_(12)的光电性能较纳米片空心球结构Bi_(4)Ti_(3)O_(12)提高了10倍。紫外-可见光吸收谱表明多级结构Bi_(4)Ti_(3)O_(12)的禁带宽度小于纳米片空心球结构Bi_(4)Ti_(3)O_(12)。多级结构Bi_(4)Ti_(3)O_(12)材料中纳米片暴露的晶面是影响材料光电性能的重要因素。