鈣鈦礦氧化物納米結(jié)構(gòu)的控制生長和性能研究.pdf

1、鈣鈦礦氧化物因其獨特的物理化學(xué)性質(zhì)在介電鐵電、高溫超導(dǎo)、巨磁阻及催化領(lǐng)域顯示了廣泛的應(yīng)用前景。在溫和條件下制備鈣鈦礦氧化物納米材料，探索其生長機(jī)制，實現(xiàn)對尺寸和形貌的人工裁剪，對于研究材料結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系有重要意義。本文主要利用濕化學(xué)法制備了鈣鈦礦氧化物納米結(jié)構(gòu)，探討了微觀形貌的動力學(xué)控制機(jī)制，發(fā)展了尺寸、形貌可控的低溫合成新方法。 改進(jìn)了聚乙烯醇(PVA)輔助水熱法，提高了前鈣鈦礦相PbTiO3納米管的產(chǎn)率(接近100％)

2、。通過對多種高分子系列實驗的探索，發(fā)現(xiàn)前鈣鈦礦相PbTiO3對結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑的選擇具有唯一性，即只有在PVA存在的情況下才能合成。同時，適宜濃度的KOH、相對短的水熱反應(yīng)時間和相對低的溫度有利于前鈣鈦礦相PbTiO3的制備。實驗發(fā)現(xiàn)，在前鈣鈦礦PbTiO3中，具有較大各向異性和通道結(jié)構(gòu)的晶胞結(jié)構(gòu)是其一維納米管形貌形成的根本原因。采用PVA輔助的共沉淀.水熱法首次制備了前鈣鈦礦相鋯鈦酸鉛(PZT)納米管，其中鋯含量可達(dá)15％。然而，在鈦酸鉛鑭

3、(PLT)的制備過程中，微量的鑭(1％)摻雜就會抑制前鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的生成，并且鑭的引入方式以及KOH濃度嚴(yán)重影響著產(chǎn)物的物相和形貌。本文還利用高分子對特定晶面的修飾作用，采用溶劑熱法，以液態(tài)聚乙二醇(PEG200)為溶劑制備了四方鈣鈦礦相PbTiO3納米片，并研究了其生長機(jī)制。 采用水熱法，通過摻雜鐵元素和引入乙二胺實現(xiàn)了對BaTiO3納米晶的尺寸和形貌調(diào)控。發(fā)展了制備準(zhǔn)單分散BaTiO3納米晶的溶劑熱法，探索了產(chǎn)物在不同有機(jī)溶劑

4、中的分散行為，并系統(tǒng)地研究了溶劑熱條件對產(chǎn)物的影響。利用鋇源和鈦源在有機(jī)溶劑中的直接反應(yīng)開發(fā)了一種在室溫開常壓下制備BaTiO3納米顆粒的新方法，詳細(xì)地研究了溶劑成分和反應(yīng)時間對顆粒尺寸的影響。采用溶劑熱法以乙二胺和乙醇胺的混合溶液為溶劑制備了成分、形貌和尺寸可控的Bal-xSrxTiO3(x=0～1)納米晶，產(chǎn)物為單相結(jié)構(gòu)，產(chǎn)物中Ba/Sr比與反應(yīng)物料中相近。采用溶劑熱法以乙二胺為溶劑，制備了BaZrO3中空納米結(jié)構(gòu)(納米碗、納米環(huán))

5、。系列實驗結(jié)果表明，體系中水的含量是中空納米結(jié)構(gòu)形成的關(guān)鍵因素。通過對生長機(jī)理的研究，提出了“溶解生長-自組裝-Ostwald熟化”的生長機(jī)制。并利用共沉淀.溶劑熱法制備了銪摻雜的鋯酸鋇中空納米結(jié)構(gòu)，研究了其熒光性能。利用以三乙醇胺和乙二胺的混合溶液為溶劑的溶劑熱法實現(xiàn)了BaZrO3納米晶的形貌控制生長。調(diào)整三乙醇胺和乙二胺的體積比，BaZrO3納米晶發(fā)生了從十二面體到球形的轉(zhuǎn)變。同時，研究表明BaZrO3納米顆粒的粒徑隨反應(yīng)物料濃度提

6、高而增大。 基于PVA對晶體生長的抑制作用，采用水熱法在不同PVA濃度下制備了一系列不同粒徑的SrTiO3納米顆粒，并通過降低反應(yīng)溫度和物料濃度制備了SrTiO3花狀納米結(jié)構(gòu)、納米線以及納米線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。提高物料中Sr/Ti摩爾比(例如Sr/Ti=3)，則可以制備SrTiO3介孔球.通過調(diào)整PVA濃度、反應(yīng)溫度和時間，平均孔徑可在4.5nm-16.1nm之間調(diào)節(jié)。對SrTiO3納米結(jié)構(gòu)生長機(jī)理的研究表明：除無規(guī)形貌的納米顆粒外，其