摻雜鈦酸鉛陶瓷的制備與性能研究.pdf

1、采用改進(jìn)的溶膠－凝膠法和優(yōu)化的工藝條件，分別制備 La、Ca、Mg、Fe鈦酸鉛納米陶瓷。根據(jù)TG-DTA實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定了鈦酸鉛干凝膠的熱處理?xiàng)l件和燒結(jié)溫度。確定并研究了影響體系的各種因素和相應(yīng)的凝膠制備方法。研究發(fā)現(xiàn)：在適合成膠的pH值范圍內(nèi)，pH值越低，成膠時(shí)間越長，膠體的質(zhì)量越好。而且摻雜量對(duì)體系也有一定的影響，摻雜量越大，成膠時(shí)間越長，體系越不穩(wěn)定。 利用XRD研究了摻雜鈦酸鉛納米晶的晶體結(jié)構(gòu)，以此為基礎(chǔ)討論了摻雜量與晶格常

2、數(shù)變化的關(guān)系以及相變的尺寸效應(yīng)，并研究了摻雜納米晶的相組成和晶胞參數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)摻雜鈦酸鉛納米晶的晶胞參數(shù)均發(fā)生了不同程度的改變。此外，在鎂和二茂鐵摻雜鈦酸鉛納米晶中，可以看到摻雜相衍射峰，在鑭及鈣摻雜鈦酸鉛納米晶中可以看到純相的鈦酸鉛衍射峰。SEM觀察發(fā)現(xiàn)，摻雜鈦酸鉛納米晶的晶粒結(jié)晶良好完整，晶粒均勻，半徑在0.5～3μm。 對(duì)鎂、鐵摻雜鈦酸鉛陶瓷的電性能進(jìn)行了初步探索。鎂、鐵摻雜可以提高鈦酸鉛納米晶的導(dǎo)電性，使鈦酸鉛納米晶的電

3、阻率降低6～7個(gè)數(shù)量級(jí)。 采用密度泛函理論方法，計(jì)算了鈦酸鉛及其摻雜體系的電子結(jié)構(gòu)，得到鈦酸鉛晶體的電荷分布、鍵級(jí)、晶體能量、態(tài)密度以及自發(fā)極化強(qiáng)度，并討論了摻雜對(duì)鈦酸鉛晶體電子結(jié)構(gòu)及性質(zhì)的影響。原子位移勢能面的計(jì)算結(jié)果為：Ti原子和Pb原子的位移曲線有雙井特征，表明當(dāng)Ti原子和Pb原子沿著軟模本征矢振動(dòng)時(shí)體系能量降低，這對(duì)鈦酸鉛鐵電穩(wěn)定性具有重要意義。同時(shí)電子結(jié)構(gòu)計(jì)算的結(jié)果也表明：Ti-O<,Ⅰ>鍵和Pb-O<,Ⅱ>鍵在相變后

4、成鍵程度得到加強(qiáng)，這也是鈦酸鉛四方相穩(wěn)定的一個(gè)重要原因。對(duì)鈦酸鉛振動(dòng)性質(zhì)的計(jì)算結(jié)果沒有發(fā)現(xiàn)鈦酸鉛存在低溫相變的證據(jù)。振動(dòng)頻率隨四方應(yīng)變的變化關(guān)系為：隨著四方應(yīng)變的增大，軟模的頻率增大，在某一臨界點(diǎn)，不穩(wěn)定的軟模轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的振模。鈦酸鉛的四方應(yīng)變大于此臨界點(diǎn)，這是其四方相能夠成為穩(wěn)定基態(tài)的一個(gè)重要原因。通過計(jì)算Mg，F(xiàn)e摻雜鈦酸鉛的原子布居、鍵布居和鍵長等對(duì)其鐵電穩(wěn)定性進(jìn)行了探討。結(jié)果表明，Mg原子的摻入使得其所在的微區(qū)成鍵情況發(fā)生了較大