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。

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℃。

WO_(3)/TiO_(2)纳米晶的火焰合成及其电致变色性能研究

通过自行设计的火焰喷雾燃烧系统合成纯WO_(3)和Ti掺杂的WO_(3)/TiO_(2)纳米晶,采用旋涂法进行薄膜制备,并通过多种表征手段研究Ti掺杂量和退火温度对薄膜电致变色的影响。研究表明,Ti掺杂为薄膜提供更多的活性位点,增大离子迁移速率和电导率,WTi-6薄膜在633 nm处的最大光学调制为67.11%,着色效率也为纯WO_(3)薄膜的1.7倍。同时,400℃的退火处理增强了WTi-6薄膜和导电基材的附着力,薄膜的电化学性能得到提升,Li+在薄膜上嵌入/脱出的可逆性增强。相应地,退火后WTi-6薄膜获得较高光学调制范围(76.05%),响应速度加快,在着色时间和褪色时间也分别由未退火的5.7、10.4 s缩短为5.5和8.2 s,着色效率提高至82.20 cm^(2)/C。因此,通过火焰喷雾燃烧进行Ti掺杂改性和退火工艺精进,提高了WO_(3)薄膜电致变色性能,拓展了WO_(3)纳米晶的制备工艺,具有良好的应用前景。

Gd_(2)O_(3)掺杂BiFeO_(3)陶瓷的漏电流特性及磁性能研究

本文采用快速液相烧结法制备了Gd_(2)O_(3)掺杂BiFeO_(3)陶瓷,并对陶瓷样品进行了物相、形貌、漏电流特性和磁性能研究。XRD分析结果表明,Gd_(2)O_(3)的加入促进了富铋相(Bi 25 FeO 40)的形成且使晶胞体积减小,同时陶瓷的物相由三方相向正交相转变;SEM分析结果表明,Gd_(2)O_(3)掺杂能起到细化陶瓷晶粒的作用;电学性能分析表明,陶瓷样品漏电流较大,但Gd_(2)O_(3)的掺杂可显著降低陶瓷的漏电流;漏电流特性分析结果表明,陶瓷在低电场下的漏电流特性是欧姆传导机制,在高电场下纯BiFeO_(3)陶瓷的漏电流特性为肖特基发射机制,但随着Gd_(2)O_(3)掺杂量的增加而逐渐变为空间电荷限制电流传导(SCLC)机制;磁性研究结果表明,掺杂引入的磁性Gd_(2)O_(3)颗粒均匀分布在陶瓷的晶界处从而显著提高陶瓷磁性能。

络合剂对Ti掺杂BiFeO_(3)光催化材料的影响

采用溶胶—凝胶方法,调节实验中络合剂柠檬酸的质量制备系列Ti掺杂BiFeO_(3)颗粒前驱体,高温烧结形成Ti掺杂BiFeO_(3)光催化材料。利用XRD、UV-Vis测试手段,对Ti掺杂BiFeO_(3)样品进行表征,分析样品晶体结构以及其对光的吸收性能。实验结果表明:不含柠檬酸时制得的样品光吸收效果好,降解效率高。由测试结果得出,络合剂的加入降低了Ti-BiFeO_(3)材料的光催化性能。

可见光下Fe^(3+)掺杂对K_2La_2Ti_3O_(10)分解水制氢性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了Fe3+掺杂的Fe-K2La2Ti3O10光催化剂,并通过X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射(DRS)、X射线光电子能谱(XPS)等技术对其进行了表征和分析,考察了不同掺杂量对K2La2Ti3O10的性质及光催化分解水制氢活性的影响.结果表明,Fe-K2La2Ti3O10在400-650nm范围内显示强吸收,光谱响应扩展到可见光区(λ>400nm),掺杂Fe3+后,K2La2Ti3O10的可见光区的光催化制氢活性显著提高,掺杂量为nFe/nTi=0.04时活性最佳,当催化剂用量为0.1g,反应液为CH3OH(30mL)+H2O(90mL)时,产氢量达到1.92μmol·h-1,为未掺杂时的4倍.

Ti掺杂及退火处理对水热合成WO_3纳米晶粒结构及气敏性能的影响

采用水热法制备了不同掺杂浓度的WO3∶Ti纳米晶粒,并在350℃下退火1 h。采用SEM、XRD表征了材料的形貌与结构,并测试了用退火前后合成材料制成的薄膜气敏传感器件在200℃下对NO2的气敏性能。结果表明,Ti掺杂可以有效抑制WO3晶粒的生长,减小晶粒尺寸;退火处理使材料的晶相发生了改变,晶粒尺寸进一步减小,晶粒分散性变好。薄膜传感器件的测试结果显示,适量Ti掺杂和退火处理均可提高器件对NO2的灵敏度,退火后Ti掺杂2%样品制成的器件的灵敏度最大,其值达到了15.38,响应恢复时间分别为2.2和1.5 min,且具有良好的可重复性和稳定性。

Si掺杂放电等离子合成Ti_2AlC/Ti_3AlC_2材料及理论分析

以Ti粉、Al粉、活性炭和Si粉为原料,采用放电等离子工艺分别以摩尔比为2.0Ti/1.1Al/1.0C、2.0Ti/1.0Al/0.1Si/1.0C、2.0Ti/1.0Al/0.2Si/1.0C、2.0Ti/0.9Al/0.2Si/1.0C和2.0Ti/1.0Al/0.3Si/1.0C,在1 200℃合成了Ti2AlC/Ti3AlC2块体材料。通过合成试样的X射线衍射谱,确定了放电等离子合成试样的物相组成,并用扫描电镜结合能谱仪观察了合成试样的显微结构和微区成分。结果表明:以2.0Ti/1.1Al/1.0C为原料放电等离子合成了层状结构明显的Ti2AlC材料;掺Si后所有试样都由Ti2AlC、Ti3AlC2和Ti3SiC2 3种物相组成;当掺Si量逐渐增大,即Al与Si的量比减小时,试样中Ti3AlC2和Ti3SiC2的含量增加,而Ti2AlC的含量降低,同时颗粒得到细化。应用量子化学计算结果解释了掺Si后不利于Ti2AlC的生成,而有利于Ti3AlC2的生成机理,说明了掺Si后固溶体的产生过程。

Er^(3+)掺杂TiO_2空心球的制备及其光催化性能研究

以钛酸四丁酯、氧化铒、硝酸等为原料,采用碳球模板法制备了Ti O2:Er3+空心球材料,利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等测试方法,对样品的结构和形貌进行了表征。并利用紫外–可见(UV-Vis)分光光度计考察了Ti O2:Er3+空心球材料在催化染料罗丹明B、亚甲基蓝、茜素红、甲基橙的脱色降解过程中的应用性能。系统研究了Er3+掺杂浓度、不同离子型染料和染料水溶液的p H等因素对催化降解效率的影响。实验结果表明:经600℃煅烧3 h制备的Ti O2:Er3+为锐钛矿晶型,空心球结构,尺寸均匀,粒径约为120 nm,比表面积约为60.5 m2/g;Er3+掺杂量为0.5mol%的样品对甲基橙染料的催化降解效率最高;对四种不同离子型染料,茜素红的催化降解效果显著,在紫外光照射下,催化效率较未掺杂Er3+的Ti O2提高了约30%。

Ti掺杂β-Ga_2O_3电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算方法,研究了Ti掺杂β-Ga2O3系统的电子结构和光学性质。计算结果表明,Ti替代八面体的Ga(2)时系统形成能最低,容易在实验上合成;Ti掺杂在导带底附近引入了浅施主能级,极大地提高了β-Ga2O3系统的导电性。Ti掺杂时稳定体系倾向于自旋极化态,且费米面处自旋极化率接近100%。光学性质的计算结果显示,Ti掺杂β-Ga2O3是极具潜力的n型紫外透明的半导体。

Yb_2O_3的掺杂方式对Ba(Ti_(1-y)Zr_y)O_3陶瓷介电性能的影响

在Ｂａ（Ｔｉ１－ｙＺｒｙ）Ｏ３中，Ｙｂ２Ｏ３的不同掺杂方式引起了材料性能的显著变化．采用 Ｂａ（Ｔｉ１－ｙＺｒｙ）Ｏ３合成后Ｙｂ２Ｏ３的适量掺杂，陶瓷介温峰明显地移动，介电常数大幅度提高， 获得了室温介电常数＞２５０００，１２５０℃左右烧成，符合Ｙ５Ｖ标准的高介材料．合成后掺杂的 Ｙｂ２Ｏ３，使材料介电常数提高，可能与施主掺杂引入的局域化电子有关．合成前掺杂Ｙｂ２Ｏ３ 的样品，介电常数较低，移峰效率偏小，可能是Ｙｂ的Ｔｉ位受主取代使施主引入的局域化电子 得到补偿的结果．

Sm掺杂Bi_4Ti_3O_(12)陶瓷晶体结构及电性能的研究

采用固相反应工艺制备了Sm3+掺杂层状结构无铅Bi4-xSmxTi3O12(x=0.00,0.25,0.50,0.75,1.00,1.25)介电陶瓷。利用XRD、SEM等测试方法研究了Sm掺杂量、烧结温度和保温时间对Bi4-xSmxTi3O12(BST)陶瓷晶体结构及电性能的影响。结果表明:所制备的Bi4-xSmxTi3O12陶瓷均具有单一正交相结构,BST陶瓷表面晶粒的显微形貌表现为随机排列的棒状结构。样品的铁电性能测试表明,Sm3+施主掺杂明显降低了BIT的电导率,随着Sm3+含量的增加,Sm3+逐渐有部分取代B位,由于Sm3+取代Ti4+大大降低了氧空位的浓度,使得氧空位对电畴的钉扎作用减弱,并且材料的剩余极化Pr也相应提高。

Zr掺杂K2La2Ti3O10制备及光催化性能研究

以钛酸四丁酯、碳酸钾、硝酸镧、氧氯化锆为原料,采用聚合-络合法制备出了新型的Zr掺杂改性的纳米复合物K2La2Ti3-xZrxO10,通过X射线衍射(XRD)、紫外可见漫反射(DRS)、比表面(BET)以及光致发光(PL)测试对其晶体结构和光学性质进行了表征。以乙醇为电子给体,比较了Zr掺杂量对催化剂光解水活性的影响。结果表明,通过低浓度Zr的掺杂,载Pt后光催化活性得到了大大地提高。Zr掺杂量x=0.2时获得比表面为18.72m2/g的纳米颗粒具有最好的光催化活性,测得其5h内在乙醇溶液中的产氢量子效率为2.69%。

Ag掺杂的K_2La_2Ti_3O_(10)可见光催化制氢的研究

采用高温固相法合成了具有可见光响应的Ag掺杂的K2La2Ti3O10催化剂,利用XRD、UV-VisDRS、TEM和XPS对催化剂进行了表征。考察了催化剂的可见光催化分解甲醇水溶液制氢的活性,并对可见光催化机理进行了分析。研究表明,Ag的掺杂没有改变K2La2Ti3O10的微晶结构,并使催化剂粒径有所减小。紫外-可见漫反射分析表明禁带宽度为2.8eV左右,对可见光具有较高吸收。担载2%(质量分数)Pt后,在可见光下光催化活性较K2La2Ti3O10大大提高,掺杂1%(摩尔分数)Ag的K2La2Ti3O10的产氢量为0.37mmol,而纯K2La2Ti3O10的产氢量只有0.037mmol;掺杂1%(摩尔分数)Ag的K2La2Ti3O10的产氢速率最大0.08mmol/h。

掺杂Rh离子SrTiO_3晶体缺陷形成能和电子结构的研究

使用CRYSTAL-09软件包模拟计算了完整SrTiO_3晶体的电子结构以及Rh离子掺杂SrTiO_3晶体的缺陷形成能和电子结构。结果表明Rh离子在晶体中将优先占据Sr格位;Rh掺杂SrTiO_3晶体在禁带中出现了一个4d态杂质能级,导致禁带宽度减小,可见光区的光催化活性提高;解释了Rh掺杂SrTiO_3晶体具有较高H_2产量的原因机理。

La^(3+)掺杂Ca_(1-x)La_xCu_3Ti_4O_(12)陶瓷的制备及性能研究

采用固相反应法制备了La^(3+)掺杂的Ca_(1-x)La_xCu_3Ti_4O_(12)(CCTO)陶瓷,研究了La^(3+)掺杂量对Ca1-xLaxCu3Ti4O12(x=0%,1%,3%,5%,7%)陶瓷物相结构、微观形貌和介电性能影响,对La^(3+)掺杂影响CCTO陶瓷介电性能的机理进行了分析。结果表明:x为3%时,开始出现杂相;x高于5%时,陶瓷晶粒开始细化;La^(3+)掺杂可以显著提高Ca_(1-x)La_xCu_3Ti_4O_(12)陶瓷的介电常数,同时介电损耗在高频段也相应降低,从而有助于CCTO陶瓷的综合介电性能的提升。

钒掺杂改性层状钙钛矿K_2La_2Ti_3O_(10)的光催化性能

通过高温固相法,制备出V5+掺杂的K2-xLa2Ti3-xVxO10(x=0~1.0)系列层状钙钛矿.采用X射线衍射、紫外可见漫反射光谱和比表面积对样品进行表征.研究K2-xLa2Ti3-xVxO10作为光催化剂在波长大于290 nm光辐射下,裂解水产生氢气的光催化活性,并讨论V5+掺杂对层状钙钛矿K2La2Ti3O10光催化活性的影响.实验结果表明,适量掺杂的V5+可有效地提高K2La2Ti3O10裂解水的光催化活性,450 W汞灯照射5 h后,1 g的K2-xLa2Ti3-xVxO10(x=0.1)光催化剂可催化分解甲醇溶液(体积分数为10%)产生氢气约16μmol.

Fe^(3+)掺杂Li_4Ti_5O_(12)的结构及电化学性能

采用高温固相法合成Li4FexTi5-xO12(x=0.025,0.1,0.2)负极材料。通过X射线衍射、扫描电镜、充放电性能测试等对掺杂Fe3+的Li4Ti5O12材料的组成、结构、形貌进行表征,并对其电化学性能进行研究。结果表明,所合成的材料具有良好的尖晶石结构,无杂相。适当Fe3+掺杂能细化材料,提高材料的电子导电性,使材料的循环性能得到改善。Li4Fe0.025Ti4.975O12的充电容量最佳,0.1C倍率下首次充电比容量达到162.5 mA.h/g,循环性能较好。

Bi_4Ti_3O_(12)掺杂对BST陶瓷性能和结构的影响

研究了Bi4Ti3O12（2％～10％，质量分数）掺杂对（Ba0.71Sr0.29）TiO3（BST）基电容器陶瓷介电常数ετ、介质损耗tanδ、容温变化率△C／C等性能及其烧结温度的影响。结果表明，当w（Bi4Ti3O12）-10％时衙为2558，tanδ为0．0050，△C／C=-39．2％，△C／C在25～125℃的范围内比在w（Bi4Ti3O12）=2％时降低了18％，陶瓷的烧结温度降为1180℃。借助SEM和XRD研究了Bi4Ti3O12掺杂量对样品的显微结构和物相组成的影响，表明Bi4Ti3O12作为烧结助剂包裹晶粒并填充晶粒间形成异相，阻止晶粒生长并细化晶粒。

Bi_4Ti_3O_(12)掺杂对(Bi_(1.5)Zn_(0.5))(Zn_(0.5)Nb_(1.5))O_7陶瓷结构与介电性能的影响

研究了Bi4Ti3O12掺杂对(Bi1.5Zn0.5)(Zn0.5Nb1.5)O7(BZN)陶瓷烧结特性、相结构和介电性能的影响。采用传统的固相反应法制备样品,X射线衍射技术分析相结构,SEM观察表面形貌。结果表明,Bi4Ti3O12掺杂能有效地促进烧结,提高介电常数ε,降低介电损耗tgδ,优化介电频率温度系数αε。1000℃烧结8%(摩尔分数)Bi4Ti3O12掺杂的BZN陶瓷具有较好的介电性能:ε=192,tgδ=4.21×10-4,αε=-3.37×10-4/℃。