放电等离子体烧结BaTiO_(3-x)Bi(Ni_(0.5)Zr_(0.5))O_(3)陶瓷的介电和阻抗性能

采用传统固相反应法合成BaTiO_(3-x)Bi(Ni_(0.5)Zr_(0.5))O_(3)粉体和放电等离子体烧结技术制备BaTiO_(3-x)Bi(Ni_(0.5)Zr_(0.5))O_(3)陶瓷,研究陶瓷的晶体结构、微观形貌、介电和阻抗性能。结果表明:BaTiO_(3)-0.10Bi(Ni_(0.5)Zr_(0.5))O_(3)陶瓷具有钙钛矿型,晶体结构为赝立方相,晶粒尺寸约为0.64μm,密度为5.81 g/cm^(3),最大介电常数为7149,且随频率升高相变温度向高温移动。在1 kHz下,BaTiO_(3)-0.10Bi(Ni_(0.5)Zr_(0.5))O_(3)陶瓷的ln(1/ε-1/ε_(m))与ln(T-T_(m))的拟合曲线斜率为1.61,在-41~169℃内,Δε/ε_(25℃)≤±15%,表明样品有良好的温度稳定性。此外,随温度和频率的升高,材料的阻抗降低,在50℃下,当频率为100 Hz时,电阻为2.33×10~6Ω,离子电导率为10^(-8)S/cm。

自支撑BaTiO_(3)薄膜的制备与铁电性研究

BaTiO_(3)(BTO)铁电氧化物薄膜因其在非易失信息存储、智能传感、生物医疗、纳米发电机等领域潜在的应用而受到了人们的广泛关注。目前,为了保证BTO薄膜能高质量外延生长,通常选择晶格匹配的氧化物做衬底,所生长的薄膜与衬底之间存在较强的化学键,很难将其从衬底上大面积地剥离下来,所以也无法实现下一步转移到可用于高密度器件集成的的Si基衬底上。文章使用水溶Sr_(3)Al_(2)O_(6)(SAO)为牺牲层的方法,将生长在Nb-SrTiO_(3)(Nb-STO)衬底上的BTO外延薄膜可以大面积、无褶皱地转移到Si基衬底上。并且,转移后的自支撑薄膜仍然保持了完美的结晶度和室温铁电性。此结论对自支撑氧化物薄膜在高密度铁电器件的集成方面奠定了一定的基础。

海水-富盐空气对BaTiO_(3)及Ni-BaTiO_(3) MLCC介电性能的影响

将BaTiO_(3)陶瓷和82 nF的Ni-BaTiO_(3)MLCC放置在海水及富盐空气两种恶劣环境下,利用阻抗分析仪、SEM及EDS探究处理0、24、48、72 h后性能的变化规律及腐蚀机理。结果表明,放置在海水中,BaTiO_(3)陶瓷在不同时间低频(10^(2)~10^(3)Hz)相对介电常数与介电损耗增加,且增加幅度巨大,在24 h陶瓷表面产生明显的保护膜,而在富盐空气下的陶瓷,72 h内介电性能变化范围小,表面没有明显的保护膜产生,但具有一定的腐蚀痕迹。82 nF的MLCC放置在海水及富盐空气72 h内高频(10^(5)~10^(6)Hz)电容值及介电损耗变化明显,这由盐分浸入内部结晶所导致,但其表面同样没有保护膜产生,这可能与电容器表面的氧化物涂层有关。

0.9BaTiO_(3)-0.1Bi(Mg_(1/2)Ti_(1/2))O_(3)铁电薄膜制备及储能特性

电介质薄膜是通过介质极化方式存储静电能的一种材料,以其高功率密度和高充放电效率,在电子器件领域得到广泛应用。目前,储能密度较低和温度稳定性差仍是电介质储能薄膜的缺陷。本研究采用溶胶-凝胶法在Pt/Ti/SiO_(2)/Si衬底上制备了0.9BaTiO_(3)-0.1Bi(Ti_(1/2)Mg_(1/2))O_(3)(0.9BT-0.1BMT)薄膜,通过引入BMT期望获得高储能密度及宽温度稳定性,并研究了退火温度对薄膜的相组成和微观形貌的影响。研究结果表明,退火温度过高会导致薄膜的致密性明显降低并伴随晶粒尺寸增大,750℃是最佳的退火温度。综合性能研究发现,1 kHz下,薄膜的室温介电常数为399,介电损耗为5.8%。薄膜在各测试频率下的介电温度稳定性满足X9R标准,ΔC/C25℃≤±13.9%。通过Currie-Weiss关系计算得到薄膜的弛豫系数(Relaxor value)γ值为≈1.96,说明其具有明显的弛豫特性。储能特性研究显示,薄膜的室温储能密度Wrec达51.9 J/cm^(3),室温~200℃的宽温度范围内,储能密度Wrec>20 J/cm^(3),可释放能量效率η>65%(1600 kV/cm)。在脉冲放电测试中,薄膜的脉冲放电时间τ0.9保持在15μs以内,且具有优异的频率、温度和循环可靠性。本研究所制备的0.9BT-0.1BMT铁电薄膜具有出色的储能特性和宽温度稳定性,具备在高温环境中应用的潜力。

BaTiO_(3)/Co_(3)O_(4)复合材料对PMS体系降解的效能优化

目的研究添加剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)与乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)对所得BaTiO_(3)/Co_(3)O_(4)(BT/Co)复合材料表面Co^(2+)相对含量及催化活性的影响。方法采用溶胶-凝胶法结合高温焙烧合成了铁电BT/Co复合材料,用于激活过一硫酸盐(Peroxymonosulfate,PMS)氧化降解水相中的亚甲基蓝(Methylene Blue,MB);通过有机污染物MB的氧化降解实验,探讨了CTAB与EDTA-2Na对获得BT/Co复合材料催化活性的影响。结果CTAB与EDTA-2Na作为添加剂,对所得BT/Co复合材料的相组成与微观结构无明显影响,但催化剂表面Co^(2+)相对含量呈现出明显变化。结论当EDTA-2Na为添加剂时,所得BT/Co复合材料表面Co^(2+)相对含量提高,活化PMS生成了较多的活性氧化物种,加速了MB的降解,10 min内MB的降解率达到99%。

低温合成四方相BaTiO_(3)及其压电催化性能

基于淀粉糊化机制低温合成了四方相BaTiO_(3)粉体。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、紫外可见吸收光谱、X射线光电子能谱对合成粉体的形貌、物相进行表征;在超声条件下,以系列典型染料为降解对象测试BaTiO_(3)压电催化性能。结果显示,煅烧温度为600℃时即可获得四方相BaTiO_(3)粉体,且随着温度的提升,结晶度逐渐增加;当煅烧温度为700℃时,合成的BaTiO_(3)粉体尺寸分布均匀,分散度良好,呈现类立方体状;在超声驱动下,BaTiO_(3)降解罗丹明B、刚果红、甲基橙染料时均展现出良好的效果,反应速率常数分别为1.090×10^(-2)、1.113×10^(-2)、1.084×10^(-2)min^(-1),并以降解刚果红为对象揭示其压电催化的机理,即空穴和超氧自由基是降解过程中的主要反应物质。

BaTiO_(3)-TiO_(2)复合光催化剂降解盐酸四环素及机理研究

以钛酸丁酯(TBOT)和钛酸钡(BaTiO_(3))为原料,采用水热法制备了BaTiO_(3)-TiO_(2)复合光催化剂,研究了不同煅烧温度(400,500,600,700℃)对复合光催化剂结构、形貌及对盐酸四环素(TCH)光催化性能的影响。结果表明:煅烧温度的升高促进了部分TiO_(2)向BaTiO_(3)的转变,BaTiO_(3)的衍射峰增强,晶粒尺寸逐渐增大,球状颗粒的生长成型更为完全。BaTiO_(3)-TiO_(2)复合光催化剂的禁带宽度为3.03 eV,煅烧温度的变化没有改变BaTiO_(3)-TiO_(2)的吸收带边,复合光催化剂的吸收强度随煅烧温度的升高先增大后减小,600℃退火处理的BaTiO_(3)-TiO_(2)光催化剂吸收强度最高。在180 min时,600℃退火的BaTiO_(3)-TiO_(2)光催化剂对TCH的降解率最高可达92.80%,相比400℃退火,降解率提高了24.08%,重复使用5次对TCH的降解率逐次衰减幅度小于7%,重复使用第5次时对TCH的降解率为70.11%,在pH=6.2的条件下180 min时BaTiO_(3)-TiO_(2)的降解率最高为93.19%。

真空冷喷涂BaTiO_(3)颗粒加速过程研究

以BaTiO_(3)陶瓷颗粒为例,模拟了在不同真空冷喷涂工艺参数下的加速过程,探讨了工艺参数对颗粒速度的影响,并通过粒子成像测速装置进行验证,最后采用真空冷喷涂制备了BaTiO_(3)陶瓷涂层并测试涂层性能。模拟结果表明:颗粒速度随着气体压力和气体预热温度的增大而增大;在相同气体压力和预热温度下,颗粒粒径越小受弓形激波的影响越大;多颗粒的加速规律与单颗粒相似。粒子成像测速结果表明在0.2 MPa、300 K或373 K条件下,BaTiO_(3)颗粒速度与模拟结果分别相差约10.2%和8.1%。在该工艺参数下,采用真空冷喷涂制备得到2~3μm连续且致密的BaTiO_(3)涂层,结合力大小为8 N。研究结果表明,数值模拟结合粒子成像测速得到的工艺参数及其影响规律是可靠的,可用于指导柔性陶瓷薄膜的制备。

Gd^(3+)掺杂调控BiFeO_(3)-BaTiO_(3)高温无铅压电陶瓷的结构与性能

用于监测航空发动机、重型燃气轮机等重大技术装备高温部件振动状态的压电加速度传感器,需要一种高居里温度压电陶瓷作为敏感元件,而电子元器件的无铅化是环境保护的迫切要求。采用传统的固相反应法制备一种Gd/Mn共掺杂的BF-BT((0.67BiFeO_(3)-0.33Ba_(1-x)Gd_(x)TiO_(3))+0.5%(质量分数)MnO_(2),x=0~0.02)高温无铅压电陶瓷,并研究Gd^(3+)掺杂浓度(x)对BF-BT陶瓷的相组成、微观结构、压电性能、介电弛豫行为及交流阻抗特征的影响。结果表明:所有样品均为单一钙钛矿结构,三方相(R)和四方相(T)共存,且T相含量随x增加而增加;适量的Gd^(3+)(x<0.02)固溶进入钙钛矿点阵之中能够促进BF-BT陶瓷晶粒的生长。掺杂Gd^(3+)的样品表现出增强的弛豫相变行为,相变温度(T_m)随x的增加而减小,而介电弛豫程度(ΔT_(relax))随x的增加而增大。采用R-CPE等效电路模型对BF-BT陶瓷的高温复阻抗谱(Cole-Cole图)进行拟合分析,发现样品在高温下的交流阻抗主要来自晶界的贡献。并且随着Gd^(3+)掺杂浓度的提高,样品的介电弛豫激活能不断增大,证实Gd^(3+)取代Ba^(2+)减少了晶格中氧空位浓度的施主掺杂效应。综合来看,x=0.01的样品具有最优的电学性能:T_(C)=425℃,d_(33)=126 pC/N,k_(p)=25.9%,tanδ=0.059,有望作为一种合适的高温压电材料被应用。

多层陶瓷电容器BaTiO_(3)材料的研究前景与展望

本文从BaTiO_(3)基介质材料的设计出发,阐述了发展高体积效率和高电容MLCC的关键问题和最新进展。本文在简要介绍MLCC和介电材料的基础上,总结了目前开发高性能可靠的BaTiO_(3)基介电材料存在的问题,并阐述了形貌调控、化学改性和掺杂改性等提高介电性能的策略。最后,对MLCC的发展和未来应用进行了展望。

BaTiO_(3)包覆正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2)的改性研究

以BaTiO_(3)为包覆层,对正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2)的界面变化以及电化学性能进行了研究。本文介绍了BaTiO_(3)包覆正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2)的材料结构以及界面状态的变化,分析了不同包覆比例对三元正极材料电化学性能的影响。XRD,SEM和TEM结果表明,BaTiO_(3)包覆并未改变正极材料的层状结构,并且成功包覆在了LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2)颗粒表面。电化学表征结果表明,3wt.%BaTiO_(3)包覆的LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2)在50次循环后的R_(ct)(24.5Ω)远小于未包覆的样品(111.8Ω),并且在高截止电压下(2.8~4.5V)表现出较好的界面稳定性和动力学过程,5C倍率下放电比容量达到136.6mAh/g。

Na_(2)WO_(4)-Mn_(x)O_(y)/BaTiO_(3)催化剂的制备及其在甲烷氧化偶联反应中的应用

采用浸渍法制备了Na_(2)WO4-Mn_(x)O_(y)/BaTiO_(3)催化剂,研究了Na_(2)WO_(4)-Mn_(x)O_(y)/BaTiO_(3)催化剂对甲烷氧化偶联反应(OCM)的影响,利用SEM,XRD,EDS等分析方法对催化剂进行表征,并与Na_(2)WO_(4)-Mn_(x)O_(y)/SiO_(2)催化剂进行对比。实验结果表明,Na_(2)WO_(4)-Mn_(x)O_(y)/BaTiO_(3)催化剂的活性组分W和Mn在钛酸钡表面分布均匀,且反应过程中催化剂的结构基本保持不变,在反+应温度为800℃、甲烷与氧气摩尔比为1.5时,Na_(2)WO_(4)-Mn_(x)O_(y)/BaTiO_(3)催化剂催化OCM反应的C_(2)收率约为19%,C_(2)^(+)收率约为21%。与Na_(2)WO_(4)-Mn_(x)O_(y)/SiO_(2)催化剂相比,Na_(2)WO_(4)-Mn_(x)O_(y)/BaTiO_(3)催化剂的反应起活温度低60℃,具有更加活泼的活性氧位,能够在更低的温度条件下开始OCM反应。

CMAS、CMAS+NaVO_(3)、CMAS+海盐作用下热障涂层的腐蚀行为与机理

环境沉积物(CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2),CMAS)的高温腐蚀已成为航空发动机涡轮叶片热障涂层过早失效的重要原因之一。然而涡轮叶片工作环境复杂,熔盐、海盐常与CMAS耦合,一起对热障涂层造成多元复杂腐蚀,但目前关于CMAS与盐类的多元耦合腐蚀行为鲜有报道。针对Y2O_(3)部分稳定ZrO_(2)(YSZ)热障涂层在CMAS、CMAS+NaVO_(3)、CMAS+海盐作用下的腐蚀行为进行对比研究。通过XRD、SEM等方法对不同条件下腐蚀后的涂层进行表征,并分析热处理温度、腐蚀物种类对腐蚀行为的影响。结果表明:与CMAS相比,CMAS+NaVO_(3)、CMAS+海盐会在更低的温度下损伤涂层(1200℃)。当三种腐蚀物均能完全熔化时(1250℃),CMAS+NaVO_(3)、CMAS+海盐熔体则由于更大的流动性而大量渗入,腐蚀内部涂层。其中,CMAS+海盐熔体在涂层内的渗透性最强,1250℃热处理4 h后,渗透深度超过400μm。盐类的共存会改变CMAS的性质,增强熔体的渗透能力,增加涂层内部甚至底部失效的倾向。研究结果有助于理解盐类与CMAS耦合时混合熔体对热障涂层的破坏机理及潜在威胁。

LiF掺杂对BiFeO_(3)-BaTiO_(3)陶瓷结构、铁电和压电性能的影响

采用固相反应法制备0.7BiFeO_(3)-0.3BaTiO_(3)+0.35%(摩尔分数,下同)MnO_(2)+x%LiF(BF-BT-MN-x LF)压电陶瓷。采用XRD,SEM,铁电测试系统和精密阻抗分析仪测试陶瓷的物相组成、显微结构和铁电、压电性能。结果表明:LiF掺杂加强晶格畸变,促进烧结和晶粒生长,改善压电性能的温度稳定性。Li^(+)和F-不等价取代A/B位产生的复合缺陷偶极子,转向速度滞后于外加电场的变化,导致电滞回线呈现夹持现象。同时,对BF-BT-MN-x LF陶瓷的退极化行为以及居里温度变化的研究表明,LiF掺杂显著提高陶瓷的居里温度T c和退极化温度T_(d),T_(c)和T_(d)分别由500℃和410℃(x=0)升高到550℃和505℃(x=0.50)。当LiF掺杂量为0.50%时,在860~1020℃温度范围内烧结的陶瓷始终保持较高的压电系数,d_(33)=176~202 pC/N。x=0.50的陶瓷样品在960℃烧结表现出最佳的压电性能:d_(33)=202 pC/N,k_(p)=34%,T_(c)≈550℃,T_(d1)≈505℃。

BaTiO_(3)基无铅陶瓷介电温度稳定性研究

通过固相合成法制备了xBi(Zn,Zr)O_(3)-(1-x)(Ba,Ca)(Ti,Zr)O_(3)(BCTZ-xBZZ,x=0,0.005,0.02,0.04,0.06)无铅陶瓷体系,结合X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、介电等表征,探讨了Bi(Zn,Zr)O_(3)陶瓷体系对(Ba,Ca)(Ti,Zr)O_(3)陶瓷的晶相、微结构、介电以及其温度稳定性的影响。研究结果表明:当预烧温度高于850℃时BCTZ-xBZZ合成粉体已基本形成单一的钙钛矿结构。在较低的烧结温度(1200~1300℃)下BCTZ-xBZZ陶瓷可以很好地烧结。所有BCTZ-xBZZ陶瓷都具有纯钙钛矿相,与此同时,陶瓷体系晶相经历了从四方晶相向伪立方相过渡。Bi(Zn_(0.5)Zr_(0.5))O_(3)显著影响了(Ba,Ca)(Ti,Zr)O_(3)陶瓷体系相变温度:铁电相-铁电相(T_(FE)),铁电相-顺电相(T_(c))。并且陶瓷体系存在弛豫行为,在高温范围内,修正的居里外斯定律1/ε_(r)-1/ε_(r,m)=C(T-T_(m))^(α)可以很好地用来解释Bi(Zn_(0.5)Zr_(0.5))O_(3)-(Ba_(0.98)Ca_(0.02))(Ti_(0.95)Zr_(0.05))O_(3)陶瓷体系的介电弛豫性。这归因于在A位和B位中无序性离子的共同作用。此外,陶瓷体系0.96(Ba_(0.98)Ca_(0.02))(Ti_(0.95)Zr_(0.05))O_(3)-0.04Bi(Zn_(0.5)Zr_(0.5))O_(3)在-25~135℃温度范围中,具有较稳定的电容温度系数(大约在±15%)和低的介电损耗(<0.1)。这表明该陶瓷在电容器中具有潜在的应用。

基于Fe_(2)O_(3)的片状α-Al_(2)O_(3)包覆研究

首先以片状α-Al_(2)O_(3)为基质,以FeCl_(3)为铁源,采用液相沉积法制备了Fe_(2)O_(3)/α-Al_(2)O_(3)珠光颜料,并借助SEM、EDS、XRD等手段对制备的珠光颜料进行性能表征,考察了反应pH值、反应温度、铁盐浓度、添加剂用量等因素对片状α-Al_(2)O_(3)包覆率的影响,得到了制备铁系包覆片状α-Al_(2)O_(3)的最佳制备工艺参数,同时了解了各参数影响包覆率的主次顺序,并在此基础上着重探讨了六偏磷酸钠对包覆率产生影响的机理。结果表明:影响包覆率的主次顺序依次为反应pH值、反应温度、添加剂用量、铁盐浓度;在最优的工艺参数下制备出来Fe_(2)O_(3)/α-Al_(2)O_(3)的包覆率为20.93%;样品的表面形貌光滑平整且包覆完整。

BaTiO_(3)薄膜的制备及其在电光调制器的应用

BaTiO_(3)凭借其较高的电光系数、优良的压电性质和非线性光学性质,成为制备高性能电光调制器的关键材料。其制备方法、实验条件和衬底的选择等决定了薄膜的质量、生长取向和电光系数等,进而影响电光调制器的传播损耗、半波电压、消光比等性能。本文从电光调制器的工作原理出发,围绕BaTiO_(3)薄膜的制备方法、实验条件和薄膜衬底等,探讨了成膜的取向和质量的影响因素,分析了各个BaTiO_(3)薄膜制备方法的优缺点,论述了波导的结构及参数,并展望了未来优化BaTiO_(3)薄膜制备和波导制作工艺的方向。

超声功率对连杆轴瓦Ni-Al_(2)O_(3)镀层耐磨性能的影响

用超声-喷射电沉积方法研究了超声波功率对连杆轴瓦表面Ni-Al_(2)O_(3)镀层耐磨性的影响。用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、高分辨率电子显微镜(TEM)对Ni-Al_(2)O_(3)镀层的表面形貌、物相组成、组织结构进行分析,用摩擦磨损试验机及纳米显微硬度计对镀层的显微硬度及耐磨性能进行研究。结果表明:超声波功率通过空化效应及微射流作用搅拌镀液,可使Al_(2)O_(3)纳米粒子更好的悬浮在镀液中,从而影响镀层耐磨性。当超声波功率为200 W时,Ni-Al_(2)O_(3)镀层中Ni峰低且宽,镀层晶粒细小,结构致密,显微硬度达到639.2HV,摩擦因数和磨损质量损失分别为0.53和0.27 mg。涂覆Ni-Al_(2)O_(3)镀层的连杆轴瓦磨损量仅为0.31 mg,耐磨性高于未涂覆Ni-Al_(2)O_(3)镀层的连杆轴瓦。

层状结构第二相增强BiFeO_(3)-BaTiO_(3)陶瓷电阻率研究

BiFeO_(3)-BaTiO_(3)(BF-BT)陶瓷兼具高居里温度和优异的压电性能,在高温压电传感器和驱动器等部件具有广泛的应用前景。BF-BT陶瓷在高温环境下电阻率较低,易造成器件高温性能恶化甚至失效。因此,改善BF-BT陶瓷电阻性能是应用推广必须解决的关键问题。作为一种铁酸盐,其电阻率很难通过掺杂改性等常规方法进行改善。本研究在BF-BT陶瓷体系中发现一种电阻率异常升高的现象,并证实这与样品中的第二相Bi_(25)FeO_(40)有关。显微结构分析表明,该第二相具有一种特殊的层状周期性结构,其中每三排原子构成一个周期,而缺陷大多集中在其中一层原子当中。本研究采用传统固相法成功地制备出纯相的Bi_(25)FeO_(40),将其作为外添加剂加入到0.70BF-0.30BT组分中,使基体组分在300℃的电阻率从1.03 MΩ·cm提高到4.33 MΩ·cm。此外,COMSOL仿真模拟的结果证实,通过引入该第二相可以将0.67BF-0.33BT组分电阻率提高一个数量级。根据能量过滤效应,这种特殊的结构具有高能垒,可以阻碍载流子迁移,从而提高BF-BT陶瓷电阻率。本工作为改善BF-BT陶瓷电阻率提供了一种切实可行的方法。

魔方状微纳结构BaTiO_(3)的制备及其压电催化性能

在简单溶剂热条件下,通过控制钡、钛物质的量之比制备了魔方状微纳结构BaTiO_(3)粉体,并以5 mg·L^(-1)罗丹明B(RhB)溶液为降解对象测试其压电催化性能。采用扫描电子显微镜、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱对所制备粉体的物化性质进行详细表征,并测试其压电、光催化活性及循环稳定性。结果表明,钡、钛物质的量之比为1∶1时,合成的粉体为由立方体组装而成的魔方状四方相结构的BaTiO_(3)。在40 kHz、360 W的超声条件下,180 min内的降解率达90%,5次循环后的降解率为79.7%,变化率为11.4%,优于其光催化性能,具备优异的压电催化活性及循环稳定性。