掺杂钛酸铅陶瓷的制备与性能研究

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1、掺杂硫酸铅陶瓷的制各与性能研究摘要采用改进的溶胶一凝胶法和优化的工艺条件，分别制备La、Ca、Mg、Fe钛酸铅纳米陶瓷。根据TG-DTA实验结果确定了钛酸铅干凝胶的热处理条件和烧结温度。确定并研究了影响体系的各种因素和相应的凝胶制备方法。研究发现：在适合成胶的pH值范围内，pH值越低，成胶时间越长，胶体的质量越好。而且掺杂量对体系也有一定的影响，掺杂量越大，成胶时间越长，体系越不稳定。利用XRD研究了掺杂钛酸铅纳米晶的晶体结构，以此为基础讨论了掺杂量与晶格常数变化的关系以及相变的尺寸效应，并研究了掺杂纳米晶的相组成和晶胞参数。研究发现掺杂钛酸铅纳米晶的晶胞参数均发生了不同程度的改变。此外，在镁

2、和二茂铁掺杂钛酸铅纳米晶中，可以看到掺杂相衍射峰，在镧及钙掺杂钛酸铅纳米晶中可以看到纯相的钛酸铅衍射峰。SEM观察发现，掺杂钛酸铅纳米晶的晶粒结晶良好完整，晶粒均匀，半径在O．5～3p．m。对镁、铁掺杂钛酸铅陶瓷的电性能进行了初步探索。镁、铁掺杂可以提高钛酸铅纳米晶的导电性，使钛酸铅纳米晶的电阻率降低“7个数量级。采用密度泛函理论方法，计算了钛酸铅及其掺杂体系的电子结构，得到钛酸铅晶体的电荷分布、键级、晶体能量、态密度以及自发极化强度，并讨论了掺杂对钛酸铅晶体电子结构及性质的影响。原子位移势能面的计算结果为：面原子和Pb原子的位移曲线有双井特征，表明当n原子和Pb原子沿着软模本征矢振动时体系能

3、量降低，这对钛酸铅铁电稳定性具有重要意义。同时电子结构计算的结果也表明：Ti．OI键和Pb．-OII键在相变后成键程度得到加强，这也是钛酸铅四方相稳定的一个重要原因。对钛酸铅振动性质的计算结果没有发现钛酸铅存在低温相变的证据。振动频率随四方应变的变化关系为：随着四方应变的增大，软模的频率增大，在某一临界点，不稳定的软模转变为稳定的振模。钛酸铅的四方应变大于此临界点，这是其四方相能够成为稳定基态的一个重要原因。通过计算Mg，Fe掺杂钛酸铅的原子布居、键布居和键长等对其铁电稳定性进行了探讨。结果表明，Mg原子的掺入使得其所在的微区成键情况发生了较大的变化，电荷从Mg原子向最近邻的O原哈尔滨工程大学

4、博士学位论文子迁移，Mg．0II键成键加强，而Ti．0I键成键减弱，体系的铁电稳定性取决于它们之间综合作用的结果。而Fe掺杂钛酸铅的情况则与掺入Mg原子相反，Fe原子是得到电荷，电荷从附近的0原子向Fe原子转移，Fe原子与周围O原子的成键作用减弱，对体系的铁电稳定性不利。关键词：改性钛酸铅纳米陶瓷；溶胶．凝胶方法；结构特性；电性能；电子结构掺杂钛酸铅纳米晶的制各与性能研究AbstractInthispaper,theoptimumtechnologicalparametersbeingadopted，leadtitanateandmodifiedleadtitanatensnoerystals

5、，i．e．，PbTi03nanocrystalsdopedwithLa,Ca,Mg，Fehavebeenpreparedbyusingamodifiedhydrolyticsol-gelmethod．HeatingtreatedconditionandsinteringtemperatureofPbTi03xerogelwasdeterminedbytheI℃smtofTG-DTA．Differentfaetorsthataffectingthemixingwfffedeterminedandtheoptimumgelpreparationmothodwel"einvestigated．Itw

6、asfoundthatlowerpHValueinthepHarrangementandthelongertimeofthegelinformationareresponsibleforthequalityofthegelsystem．Withtheincreasingofthedopedconcenlrationandthegeltime，therangeofpHvalueofthegelformationbe圮,omenarrowandsystemWasunstable．AllcrystallinestruetruehasbeeninvestigatedbyXRD，onthebasisof

7、whichtherelationshipbetweendopantdoseandlatticeconstantandthesizeeffectofphasetransformationwfffediscussed．Morever,phasecompositionandcellparametersWasalsostudiedbyXRDanalysis．Theresultsshowedthatcell