铁电材料中电场对唯象系数和电卡强度的影响

由于电场强度能够影响铁电材料的极化强度和介电常数,因此唯象系数a0是电场强度的隐函数.在铁电相区域,唯象系数a0由铁电极化强度和介电常数倒数确定,是电场的非线性函数.在顺电相区域,唯象系数a0由介电常数倒数确定,也是电场的非线性函数.本文研究了铁电共聚物、铁电三聚物和钛酸锶钡钙陶瓷的唯象系数与电场的关系,发现唯象系数随电场的增加而增加,最大约1倍.电卡强度被用来表征电卡材料在电场作用下的电卡效应强弱,通过研究电卡强度可以发现高效率的电卡材料.本文通过热力学理论,得到了电卡强度的解析表达式,发现唯象系数、相变温度、极化强度、比热以及相变温度处的介电常数峰值,对电卡强度具有明显的影响.该表达式适用于一级相变材料、二级相变材料、以及弛豫型铁电体.

高电场下Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3厚膜陶瓷的介电与储能特性研究

采用两步法制备了铌镁酸铅-钛酸铅((1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3(简称PMN-PT))(x=0.05,0.06,0.07)粉体,再采用流延法及一系列烧结工艺制备出厚度约为40μm的厚膜陶瓷。采用XRD和SEM对厚膜陶瓷样品的微观结构进行了表征,并分别采用阻抗分析仪和铁电综合测试仪得到了厚膜陶瓷的介电性能和电滞回线,再通过对电滞回线进行积分可得样品的储能密度和储能效率。结果表明:实验得到的PMN-PT厚膜陶瓷具有典型的弛豫型铁电体的特征;在室温附近获得相对介电常数大于20000的厚膜陶瓷;在30℃,测试频率为10 Hz,外加电场强度为15 MV/m时,x=0.05,0.06和0.07时的厚膜陶瓷储能密度分别达到0.87,0.94和0.88 J/cm3,对应储能效率分别为72.28%,81.44%和81.54%。

黄豆的多孔结构及对亚甲基蓝染料的去除性能研究

黄豆是我国的原生植物,距今已有3000年的历史,其对人体的药用价值也已被发现,但是对其结构的认识非常有限。通过对黄豆在一定温度下进行热处理,获得了多孔结构,并利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)对多孔结构进行了表征,并对孔尺寸分布进行了统计分析。结果表明,所制得的多孔结构的平均孔径分布在(0.21±0.05)~(0.43±0.08)μm;经过与金属溶液等的对比实验,发现样品对亚甲基蓝染料水溶液具有吸附能力。此外,还研究了初始pH值和初始浓度对吸附的影响以及吸附的动力学过程、吸附等温线。观察到pH值在弱酸至碱性范围时样品的去除效果很好。实验表明吸附过程中在接触的最初15 min内该材料对染料的去除率在80%以上。此多孔材料对人类友好且方便易得、成本低廉,同时吸附速率快、吸附能力强,是一种非常有前景的环境净化材料。

0.7BiFeO_(3)-0.3BaTiO_(3)陶瓷中极化翻转产生的巨电卡效应增加及Mn^(4+)离子掺杂对其介电、铁电性能的影响

BiFeO_(3)(BFO)作为反铁磁性和铁电性共存的多铁性材料,其饱和极化强度理论值大于100μC/cm^(2),居里温度为830℃,具有较强的电卡效应.但是由于BFO高温烧结过程中Bi_(2)O_(3)易挥发,铁离子易变价,导致BFO中缺陷较多,漏电流较大,其铁电特性难以发挥出来.虽然采用与BaTiO_(3)(BTO)等氧化物铁电体形成固溶体的方法可以减小漏电流,但是漏电流和高介电损耗问题仍然存在.本文试图通过添加锰离子到BFO-BTO固溶体的方法解决这一问题.采用传统的高温固相反应法制备了0.7BiFeO_(3)-0.3BaTiO_(3)+x%MnO_(2)(BFO-BTO+x%MnO_(2),其中x%为质量分数)陶瓷,研究了MnO_(2)掺杂对BFO-BTO固溶体的微观结构、介电和铁电性能的影响.值得注意的是,BFO-BTO+x%MnO_(2)样品测试结果证明少量掺杂MnO_(2)能降低BFO-BTO陶瓷的介电损耗和漏电流,这是由于掺杂Mn^(4+)补偿氧空位浓度所致.另外,0.7BFO-0.3BTO+0.5%MnO_(2)陶瓷在100 kV/cm时的最大极化强度达到50.53μC/cm^(2).最后利用热电偶直测法测试了BFO-BTO+x%MnO_(2)陶瓷的电卡效应,发现极化翻转方法能使BFO-BTO+x%MnO_(2)陶瓷的电卡效应翻倍增大,其中x=0样品从0至-30 kV/cm的变化与30 kV/cm至0的电场变化相比,增大近8倍,并且证实该方法同样适用于多晶一级相变铁电体.

晶粒尺寸对细晶钛酸钡陶瓷介电、压电和铁电性能的影响

以采用水热法制备的BaTiO_3粉体作为原料,利用普通烧结法和两步烧结法制备出晶粒尺寸为0.25~10.15μm的BaTiO_3陶瓷,研究了晶粒尺寸效应对BaTiO_3陶瓷的介电、压电以及铁电性能的影响。结果表明:BaTiO_3陶瓷的四方相含量随着陶瓷晶粒尺寸的增大而增加;当晶粒尺寸在1μm以上时,室温相对介电常数(e￠)和压电系数(d33)随着晶粒尺寸的减小而增大,并在晶粒尺寸为1.12μm时分别达到最大值5628和279 p C/N,然后两者随着晶粒尺寸的进一步减小而迅速下降。BaTiO_3陶瓷的剩余极化强度Pr随晶粒尺寸的增大而提高,而矫顽场Ec却呈现出相反的趋势。晶粒尺寸对介电性能和压电性能的影响是由于90°电畴尺寸和晶界数量的变化。晶粒的晶体场和晶粒表面钉扎作用的变化影响了电畴,进而改变电滞回线。

煅烧温度对Li0.33La0.56TiO3固态离子电容器性能的影响

本文采用固相法在900、1000、1100和1200℃煅烧温度条件下合成了Li_(0.33)La_(0.56)TiO_3(LLTO)固态电解质材料,并将其组装为LLTO固态离子电容器。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、电化学阻抗谱(EIS)和循环伏安法(CV)等技术研究了煅烧温度对LLTO固态电解质和固态离子电容器的显微结构、形貌、离子电导率和储能性能的影响。实验表明,较高的煅烧温度有利于获得性能优异的LLTO固态离子电容器。在室温下,1200℃煅烧温度制备的固态离子电容器晶粒离子电导率高达9.6×10–4S/cm,且具有明显的双电层电容特性,在4 V电压窗口下比电容为3.52 mF/g。此外,固态离子电容器比电容随晶粒电导率的增大而增大,同时受电极与固态电解质接触面积的影响。

铜表面镍-石墨烯的电沉积制备及耐腐蚀性能

采用电沉积方法,将石墨烯与镍离子共沉积到被保护的铜基底上,制备了镍-石墨烯复合镀层.通过X射线衍射(XRD)、扫面电子显微镜(SEM)等方法对复合材料的物质结构、表面形貌特征进行了表征,采用海水浸泡方法研究了复合材料的抗腐蚀性能.结果表明:当电流密度为5 A/dm2时,共沉积方法制备的镍-石墨烯复合镀层平整连续,晶粒较小,石墨烯穿插于多个镍颗粒之间,将镍颗粒包裹于其中,能有效阻断海水中的酸根、碱性离子对铜基底的腐蚀作用,明显增强了复合材料的耐腐蚀性.此研究对船舶及海洋工程金属构件的抗海水腐蚀方法具有一定的参考价值.

基于静电纺丝工艺制备的PVDF纤维无线脉搏传感器

采用静电纺丝工艺制备了聚偏氟乙烯(PVDF)纤维,设计了一种无线可穿戴式的脉搏监测系统.利用柔性纤维结构对于皮肤表面的良好贴合能力和高灵敏度,检测桡动脉处的表皮脉搏振动情况,通过蓝牙传输方式将脉搏信号实时发送至上位机,实现对脉搏的长时间监控.结果表明:该纤维结构传感器的灵敏度几乎是无结构压电薄膜的2倍;与商用指夹式血氧脉搏仪相比,平均脉率误差低于3%,在监测人体生理信号的医学领域具有实用价值.

锆锡钛酸镧铅反铁电体陶瓷的低温烧结和储能特性

随着风电、光电等绿色能源的利用和对大功率电力电子装备需求的增加,大功率储能器件受到了广泛的关注,而具有高储能密度和高储能效率的(Pb,La)(Zr,Sn,Ti)O_(3)(PLZST)反铁电体陶瓷用于超级介电储能电容器具有明显的优势。但是,受到陶瓷本身高烧结温度(1200~1300℃)的限制,难以适应贱金属内电极多层陶瓷电容器的应用。为了适应贱金属铜(Cu)内电极的烧结,将玻璃粉MgO–Al_(2)O_(3)–ZnO–B_(2)O_(3)–SiO_(2)(MAZBS)添加到(Pb_(0.97)La_(0.02))(Zr_(0.55)Sn_(0.41)Ti_(0.04))O_(3)(PLZST)反铁电体陶瓷中,使烧结温度低于铜内电极的熔点。研究结果表明:当添加了玻璃粉MAZBS的质量分数为0.75%时,PLZST陶瓷在较低的温度(930℃)下可以实现致密烧结,且陶瓷在室温和外加电场300 kV/cm下具有较高的放电储能密度(6.08 J/cm^(3)),和储能效率(77%)。