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CHM法制备纳米钙钛矿型ABO_3（A=Ba，Sr；B=Ti，Mn）复合氧化物

作　者: 苗静
导　师: 胡陈果；王万录
学　校: 重庆大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: BaTiO3 SrTiO3 CHM 生长机理 光致发光
分类号: O482
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


BaTiO3、SrTiO3是典型的钙钛矿型（ABO3）复合氧化物,作为新型的多功能材料,它们被广泛用于制造大容量陶瓷电容器、晶界层电容器、压敏陶瓷和多功能传感器等。目前钙钛矿型纳米材料的制备方法主要有固相法、液相法和气相法。其中,固相法被广泛地用于工业生产。但因其生产过程中需要研磨和高温煅烧,所合成的粉体粒度大、粒径分布不均匀,并且容易混入杂质,使得粉体的纯度低且性能不稳定,这已无法满足高级陶瓷的需要。液相法主要包括水热法、溶胶-凝胶法、共沉淀法和喷雾干燥法等。以上方法大多需要高压和/或高温煅烧、操作复杂、粉体结晶度偏低且原料价格昂贵,不利于工业化生产。气相法设备复杂,费用高,也不利于工业化推广。本文采用一种低温常压、操作简单、成本低廉、便于工业化推广的合成新方法—复合氢氧化物媒介法（composite-hydroxide-mediated,CHM）合成出结晶好、纯度高、组成精确、表面清洁的BaTiO3、SrTiO3和BaTi0.5Mn0.5O3纳米晶体。用CHM法合成的BaTiO3为粒径70-100nm的立方相立方晶体,尺寸均匀,分散性好。实验发现,晶体尺寸随着生长时间的延长和生长温度的提高而增大,在生长过程中加入去离子水,可以将颗粒形状调节为近似圆形。用CHM法合成的SrTiO3为长约500-800nm、宽约100-150nm的立方相条形晶体,这些晶体由众多长约70nm、宽约70nm、厚度仅5-10nm的平行方片自组装叠放而成,且片层之间有小的错位。生长过程中加入少量水,可以控制SrTiO3晶体的形貌,使其生长为立方形。采用CHM法合成出钙钛矿六方晶系BaTi0.5Mn0.5O3纳米单晶。所合成的晶体为双锥柱状颗粒,锥体轴向长约100-500nm,径向长约20-50nm。文章将负离子配位多面体生长基元理论与聚集生长理论模型相结合,探讨了CHM法合成钙钛矿BaTiO3、SrTiO3纳米材料的生长机理。我们认为Ti（OH）610-基元是晶体的有利生长基元,晶体的生长遵从“溶解—结晶—聚集生长—重结晶”机理模型。对粉体室温下光致发光性能的研究发现,当用波长350nm的光激发样品时,纯净的BaTiO3粉体在中心波长位于465nm处发出微弱的蓝光,而当50%的Ti用Mn元素置换后,所合成的BaTi0.5Mn0.5O3晶体在中心波长分别位于465nm、593nm处能够发出明亮的蓝光和黄光。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-15
  1.1 前言  8-9
  1.2 钙钛矿(ABO_3)复合氧化物的结构  9-10
  1.3 钙钛矿(ABO_3)纳米材料的制备  10-13
    1.3.1 固相法  10-11
    1.3.2 液相法  11-13
    1.3.3 气相法  13
  1.4 本文研究的内容及创新点  13-15
2 CHM 法合成BATIO_3 纳米晶体  15-26
  2.1 钛酸钡粉体的性质和用途  15-16
    2.1.1 用于铁电陶瓷  15
    2.1.2 用于半导体陶瓷  15-16
    2.1.3 用于压电陶瓷  16
    2.1.4 用于光折变材料  16
  2.2 实验过程及材料性能分析  16-18
    2.2.1 CHM 法简介  16-17
    2.2.2 实验过程  17
    2.2.3 BaTiO_3 纳米材料的表征  17-18
  2.3 CHM 法合成纳米BATiO_3 单晶  18-19
  2.4 生长时间对产物尺寸的影响  19-21
  2.5 生长温度对产物尺寸的影响  21-23
  2.6 水对BATiO_3 纳米晶粒形状及尺寸的影响  23-25
  2.7 小结  25-26
3 CHM 法合成BATiO_3 纳米晶体的生长机理分析  26-40
  3.1 钛酸钡CHM 合成机理模型分析  26-28
  3.2 BATiO_3 晶体生长基元的形式  28-30
  3.3 BATiO_3 晶体生长的有利生长基元  30-33
  3.4 钛酸钡晶核的形成  33-35
  3.5 钛酸钡晶粒的聚集生长与颗粒粒度的关系  35
  3.6 钛酸钡颗粒聚集生长的取向性  35-37
  3.7 钛酸钡晶粒的重结晶  37-38
  3.8 水对BATiO_3 结晶行为的影响  38-39
  3.9 小结  39-40
4 CHM 法合成纳米SRTiO_3  40-47
  4.1 SRTiO_3 粉体的性能与应用  40-42
    4.1.1 用于光催化水解电极材料  40
    4.1.2 用于高压电容器  40
    4.1.3 用于晶界层电容器  40
    4.1.4 用于压敏陶瓷  40-41
    4.1.5 用于热敏元件  41
    4.1.6 用于氧敏材料  41
    4.1.7 用于湿敏材料  41-42
  4.2 CHM 法合成SRTiO_3 粉体及表征  42-43
  4.3 水对SRTiO_3 晶体尺寸及形貌的影响  43-44
  4.4 SRTiO_3 纳米条生长机理探讨  44-46
  4.5 小结  46-47
5 BATiO_3 的MN 元素置换及光致发光性能的研究  47-53
  5.1 引言  47-48
  5.2 CHM 法合成BATi_(0.5)MN_(0.5)O_3 纳米单晶  48-49
  5.3 BATiO_3 及BATi_(0.5)MN_(0.5)O_3 光致发光性能的研究  49-52
  5.4 小结  52-53
6 结论与展望  53-55
  6.1 主要结论  53-54
  6.2 后续工作及展望  54-55
致谢  55-56
参考文献  56-60
附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录  60

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 固体物理学 > 固体性质
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