一維鈮酸鈉-鈮酸鉀納米結(jié)構(gòu)的制備及壓電性能表征.pdf

1、堿金屬鈮酸鹽是一類重要的鈣鈦礦材料，在壓電、鐵電、電光、非線性光學(xué)、光催化等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。近年來，由于人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，在壓電陶瓷領(lǐng)域，人們希望用無鉛壓電陶瓷來取代目前廣泛使用的鋯鈦酸鉛Pb(ZrxTi1-x)O3(PZT)陶瓷。其中，鈮酸鉀鈉[(K,Na)NbO3]陶瓷被認(rèn)為是最有可能取代PZT的候選材料之一。作為這一材料體系的終端材料，NaNbO3，KNbO3吸引了人們廣泛的關(guān)注。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)NaNbO3、K

2、NbO3納米材料在納米壓電、納米發(fā)電機(jī)、納米光學(xué)、光催化中同樣具有重要應(yīng)用價(jià)值。而一維納米材料被認(rèn)為是未來應(yīng)用于電子、光電、電機(jī)械、傳感等領(lǐng)域納米器件的基本構(gòu)筑單元，因此對(duì)一維鈮酸鹽納米材料的制備和研究就顯得十分必要。
　　水熱法是制備納米材料的有效方法。本論文利用鈮片作為鈮源，采用NaOH溶液和雙氧水作為起始反應(yīng)試劑，通過水熱法制備NaNbO3一維納米結(jié)構(gòu)。利用XRD、紅外光譜、掃描電鏡等詳細(xì)研究了水熱過程中的物相變化及形貌變化

3、。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，水熱過程中首先生成Na2Nb2O6-H2O納米線。Na2Nb2O6-H2O是一種亞穩(wěn)相，隨著水熱時(shí)間的延長，其逐漸失去結(jié)晶水并最終轉(zhuǎn)變成鈮酸鈉相，水熱生成鈮酸鈉的形貌為微米立方體。由于Na2Nb2O6-H2O是亞穩(wěn)相，在空氣中煅燒可以得到鈮酸鈉納米線。由于鈮酸鈉晶體結(jié)構(gòu)多形性的特點(diǎn)，利用XRD、拉曼等表征手段對(duì)實(shí)驗(yàn)所得的NaNbO3納米線和NaNbO3微米立方體的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了解析，發(fā)現(xiàn)NaNbO3納米線是一種鐵電相，其空間

4、群為Pmc21，而NaNbO3微米立方體是一種反鐵電相，空間群為Pbma。
　　利用壓電力顯微鏡(PFM)對(duì)NaNbO3納米線的壓電、鐵電性質(zhì)進(jìn)行表征，證明了納米線具有壓電響應(yīng)并檢測(cè)到了納米線的鐵電回線，證明了其具有鐵電性，從而進(jìn)一步驗(yàn)證了鈮酸鈉納米線的鐵電結(jié)構(gòu)。對(duì)兩種不同的晶體結(jié)構(gòu)，利用第一性原理的方法計(jì)算了兩種結(jié)構(gòu)的態(tài)密度和能帶，發(fā)現(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)的不同并沒有造成態(tài)密度和能帶結(jié)構(gòu)的很大差別。但兩種結(jié)構(gòu)的帶隙類型不同，Pmc21晶型具

5、有直接帶隙，而Pbma晶型的帶隙則為間接帶隙。
　　利用兩步水熱法制備了KNbO3一維納米結(jié)構(gòu)。第一步水熱制備出含鈮的透明溶液，然后加入濃堿析出前驅(qū)體沉淀再進(jìn)行第二步水熱使前驅(qū)體實(shí)現(xiàn)晶化。實(shí)驗(yàn)證明在第二步反應(yīng)過程中，首先會(huì)生成一種亞穩(wěn)相結(jié)構(gòu)，而后隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，這種亞穩(wěn)相會(huì)最終轉(zhuǎn)變成鈮酸鉀。同樣利用壓電力顯微鏡(PFM)對(duì)鈮酸鉀納米線的壓電性質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果證明鈮酸鉀納米線具有較強(qiáng)的壓電響應(yīng)。壓電振幅與交流驅(qū)動(dòng)電壓具有較好的線