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PLZT纳米陶瓷制备及掺杂改性研究

作　者: 何聚
导　师: 余大书
学　校: 天津师范大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 锆钛酸铅镧(PLZT) 共沉淀 水热合成 纳米陶瓷 电光陶瓷 Sb3+掺杂
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 230次
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内容摘要


锆钛酸铅镧[Pb1-x／100Lax／100(Zry／100Tiz／100)1-x／400O3，简称PLZT]是一类具有优异电光性能的透明铁电陶瓷，在电场作用下，呈现很好的电光效应和光致伸缩效应，广泛应用于光开关、传感器、驱动器等领域。要得到透明的PLZT电光陶瓷，粉体的制备是关键，目前的粉体制备技术中存在晶粒大、易团聚等缺陷，限制了PLZT的发展，所以PLZT的纳米制备技术的突破将带来PLZT透明电光陶瓷的广泛应用。 本文采用改良的共沉淀方法和水热合成方法合成了PLZT纳米陶瓷。 在共沉淀制备PLZT陶瓷中，采用H2O2作催化剂，聚乙二醇和乙醇混合水溶液为分散剂，pH=9.6可以使四种金属离子共沉淀，并保持了等化学计量。共沉淀物经710℃煅烧后得到PLZT陶瓷粉体。采用XRD、TEM对其进行表征，结果表明，PLZT陶瓷粉体为纯立方相结构，粒径大小为92 nm。陶瓷粉体在助熔剂下，经预烧和1100℃常压烧结后得到了致密的PLZT纳米陶瓷。借助正电子湮没对不同La3+掺杂量的PLZT陶瓷的微观结构和缺陷进行研究，发现随掺La3+量增加晶格常数变大，La3+量为9％时阳离子空缺最大，缺陷数最多。用精密阻抗分析仪对陶瓷的介电性能测试。结果表明，PLZT（9／65／35）的相对介电常数εr很大，在室温，1KHz下已达到了4997。 在水热法制备PLZT陶瓷中，运用正交试验方法，得到最佳的制备条件为：KOH浓度4 mol·L-1，温度200℃，铅过量10％，时间10小时。采用XRD、TEM对粉体进行表征，结果表明，PLZT陶瓷粉体为纯四方相结构，粒径大小为80 nm。陶瓷粉体在助熔剂下，经预烧和1080℃常压烧结后得到了致密的PLZT纳米陶瓷。用精密阻抗分析仪和准静态d33测量仪对陶瓷的介电性能和压电性能进行测试。结果表明，PLZT（4／53／47）具有较大的相对介电常数和较小的介电损耗，良好的压电性能。在室温，1KHz下的相对介电常数εr=2510，介电损耗tanδ=0.021，压电常数d33=482pC·N-1，机电耦合系数Kp=0.5。 最后，选取具有显著压电性能和光致伸缩性能的PLZT（4／53／47）为研究体系，以水热合成为制备方法，加入Sb3+对PLZT陶瓷进行改性研究，采用XRD、拉曼光

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-11
第一章 绪论  11-24
  1.1 引言  11-12
  1.2 PLZT的研究现状及应用  12-22
    1.2.1. PZT压电陶瓷  12-13
    1.2.2. PLZT透明电光陶瓷  13-18
    1.2.3. PLZT的制备工艺  18-22
  1.3 研究背景及意义  22-23
  1.4 研究目的和研究内容  23-24
    1.4.1 研究难点和目的  23
    1.4.2 主要研究内容  23-24
第二章 PLZT纳米陶瓷的共沉淀制备与性能研究  24-41
  2.1 引言  24
  2.2 样品制备与表征  24-29
    2.2.1 实验试剂  24-25
    2.2.2 实验设备  25-26
    2.2.3 实验过程  26-28
    2.2.4 分析测试  28-29
  2.3 结果与讨论  29-39
    2.3.1 共沉淀pH值的选择  29-30
    2.3.2 分散剂的影响  30-32
    2.3.3 热重-差热分析  32-33
    2.3.4 傅立叶变换红外光谱结果分析  33-34
    2.3.5. X射线衍射结果分析  34-36
    2.3.6 透射电子显微镜结果分析  36-37
    2.3.7 介电性能测试结果分析  37
    2.3.8 正电子湮没测试结果分析  37-39
  2.4 本章小结  39-41
第三章 PLZT纳米陶瓷的水热合成与性能研究  41-54
  3.1 引言  41
  3.2 水热条件的正交优化设计  41-42
  3.3 样品制备与表征  42-47
    3.3.1 实验试剂  42
    3.3.2 实验设备  42-43
    3.3.3 实验过程  43-45
    3.3.4 分析测试  45-47
  3.4 结果与讨论  47-53
    3.4.1. X射线衍射结果分析  47-48
    3.4.2 正交分析结果  48-50
    3.4.3 热重-差热分析  50-51
    3.4.4 傅立叶变换红外光谱结果分析  51
    3.4.5 透射电子显微镜结果分析  51-52
    3.4.6 介电和压电性能测试结果分析  52-53
  3.5 本章小结  53-54
第四章 Sb~(3+)掺杂的PLZT纳米陶瓷的水热合成与性能研究  54-65
  4.1 引言  54
  4.2 研究体系的成分设计  54-55
  4.3 样品制备与表征  55-58
    4.3.1 实验试剂  55-56
    4.3.2 实验设备  56
    4.3.3 实验过程  56-57
    4.3.4 分析测试  57-58
  4.4 结果与讨论  58-64
    4.4.1. Sb~(3+)掺杂的 PLZT的X射线衍射结果分析  58-59
    4.4.2. Sb~(3+)掺杂的 PLZT的拉曼光谱测试结果分析  59-62
    4.4.3. Sb~(3+)掺杂的 PLZT的介电性能及压电性能  62-64
  4.5 本章小结  64-65
第五章 全文总结  65-67
参考文献  67-73
攻读硕士学位期间发表的论文  73-74
致谢  74

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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