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不同尺寸BaTiO_3纳米颗粒的制备及0-3型BaTiO_3/PVDF压电复合材料铁电、介电性能的研究

作　者: 毛艳平
导　师: 毛少瑜；谢兆雄
学　校: 厦门大学
专　业: 物理化学
关键词: 纳米压电复合材料 介电性质 尺寸效应
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 446次
引　用: 4次
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内容摘要


铁电材料作为一种应用广泛的功能材料,一直以来都受到广泛的关注。随着科技的发展,对铁电组件小型化、集成化的要求越来越高,这就进一步要求作为原料的铁电体晶粒尺寸不断减小。当晶粒尺寸减小时,铁电体的铁电性是否还能保持是一个重要的问题,对这种尺寸效应的研究具有重要的意义。由于钛酸钡（BaTiO3）晶体结构简单并具有高介电常数,在理论上和实践方面研究BaTiO3的的临界尺寸很有意义。本论文采用BaTiO3作为增强材料,压电聚合物聚偏二氟乙烯（PVDF）作为基体,用制备压电复合材料的方法研究钛酸钡纳米颗粒的尺寸效应。压电聚合物基压电复合材料兼具压电陶瓷和聚合物的优点,而且还可以表现出复合材料的新性能,所以我们进一步研究了压电复合材料的压电、铁电性能,并证明BaTiO3和PVDF的协同作用增强了复合材料的铁电、介电性能。首先我们用溶剂热法制备了具有不同粒径的BaTiO3微纳米颗粒,通过X-射线粉末衍射和扫描电镜的表征发现,制得的几个粒径分布的BaTiO3粉末皆为分散性好、粒径均匀且无杂质的BaTiO3。通过进一步的高温原位x-射线粉末衍射分析,得到BaTiO3颗粒越大,颗粒中四方相的成分越多,居里温度越高的结论。然后我们对影响产物BaTiO3颗粒形貌的几个因素进行了研究,发现反应物浓度,溶剂极性,反应温度和表面活性剂的用量等反应条件对最终制得的BaTiO3颗粒的大小和分散性有一定的影响。利用溶液混合法将制得的不同粒径的BaTiO3微纳米颗粒与PVDF复合均匀后,进一步热压成型,得到含有不同粒径大小BaTiO3颗粒的聚合物基复合样品。我们对热压前后的BaTiO3颗粒进行了电镜表征,发现热压过程中BaTiO3颗粒没有长大,仍然保持原来的大小。样品的截面电镜证明,溶液混合法可以得到BaTiO3颗粒在PVDF中均匀分散的压电复合材料。测量含有不同粒径BaTiO3颗粒样品的电滞回线后发现复合材料的剩余极化和矫顽电场明显高于纯相PVDF,而且样品的剩余极化随着样品中BaTiO3颗粒的增大而增大。复合样品的剩余极化与BaTiO3颗粒尺寸呈现出近似线性的关系,这可以用S.Wada等人提出的BaTiO3颗粒的三层理论模型来解释。我们测到了25nm的BaTiO3/PVDF纳米复合铁电样品的电滞回线,这可能是由于BaTiO3和PVDF之间的协同作用,增强了复合材料的铁电性。对含有不同粒径BaTiO3颗粒样品的介电性质进行了测试,各个样品的介电常数和介电损耗随频率的增大而减小,随温度的升高而增大。从介电谱和温度谱中都可以看到明显的尺寸效应,介电常数随BaTiO3颗粒尺寸的变化趋势相同,当复合材料中BaTiO3的颗粒为80～100nm时,介电常数出现最大值。

全文目录


摘要  11-13
ABSTRACT  13-15
第一章 绪论  15-34
  引言  15-16
  §1.1 铁电体介绍  16-19
    §1.1.1 铁电体的基本概念  16-18
    §1.1.2 铁电体的分类  18-19
  §1.2 钛酸钡的结构性能与应用  19-23
    §1.2.1 钛酸钡的结构  19-20
    §1.2.2 钛酸钡的应用  20-21
    §1.2.3 钛酸钡的尺寸效应的研究  21-23
  §1.3 钛酸钡制备方法的研究  23-26
    §1.3.1 固相反应法  23-24
    §1.3.2 液相合成法  24-26
  §1.4 压电铁电复合材料的研究  26-29
    §1.4.1 压电复合材料的概述  26
    §1.4.2 压电复合材料的结构  26-28
    §1.4.3 复合材料体系的选取  28-29
    §1.4.4 复合压电材料的制备技术  29
  §1.5 本论文的研究内容  29-30
  参考文献  30-34
第二章 不同尺寸纳米钛酸钡粉末的制备及表征  34-50
  §2.1 前言  34-35
  §2.2 实验部分  35-37
    §2.2.1 化学试剂  35
    §2.2.2 实验步骤  35-36
    §2.2.3 仪器表征  36-37
  §2.3 实验结果及讨论  37-46
    §2.3.1 钛酸钡的晶体结构  37-38
    §2.3.2 钛酸钡颗粒的结构及形貌表征  38-42
    §2.3.3 各种反应条件对产物形貌的影响  42-46
  §2.4 小结  46-47
  参考文献  47-50
第三章 0-3型BaTiO_3/PVDF复合材料的制备及表征  50-58
  §3.1 前言  50
  §3.2 实验部分  50-54
    §3.2.1 化学试剂和实验仪器  51
    §3.2.2 BaTiO_3与PVDF的复合  51
    §3.2.3 0-3型BaTiO_3/PVDF复合材料的成型  51-52
    §3.2.4 涂敷电极  52
    §3.2.5 电极化  52-54
  §3.3 实验结果及讨论  54-56
    §3.3.1 热压过程对纳米钛酸钡的影响  54-55
    §3.3.2 复合样品的表征  55-56
  §3.4 小结  56
  参考文献  56-58
第四章 复合材料的铁电性能测试  58-68
  §4.1 前言  58-59
  §4.2 实验部分  59-60
    §4.2.1 化学试剂和实验仪器  59
    §4.2.2 实验步骤  59
    §4.2.3 铁电测试原理  59-60
  §4.3 实验结果及讨论  60-66
    §4.3.1 不同样品的电滞回线  60-65
    §4.3.2 样品极化的尺寸效应  65-66
  §4.4 小结  66-67
  参考文献  67-68
第五章 复合材料的介电性能测试  68-83
  §5.1 前言  68
  §5.2 实验部分  68-70
    §5.2.1 实验仪器  68-69
    §5.2.2 介电测试原理  69-70
  §5.3 实验结果及讨论  70-78
    §5.3.1 介电常数的频率谱测试  70-72
    §5.3.2 介电常数温度谱测试  72-74
    §5.3.3 介电损耗  74-78
  §5.4 小结  78
  参考文献  78-83
攻读硕士期间发表的论文  83-84
致谢  84

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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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