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《浙江大学》 2008年
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热液法制备氧化物纳米粉体及其在压电陶瓷中的应用

李广慧  
【摘要】: 纳米氧化物如ZrO_2、TiO_2等过渡金属氧化物及稀土金属氧化物,由于其独特的性质在材料、能源及环保等领域受到广泛关注,其性能表征与应用成为近年来材料领域研究和应用开发的热点。这些氧化物性能往往与其晶型、形貌与尺度、表面特性等结构特征密切相关,而上述材料特征大多可通过制备方法进行调节和控制。目前制备这类氧化物纳米材料常用的方法包括气相法、沉淀法及溶胶凝胶法等,但这几种方法存在结晶度差或制备成本高等缺点,在制备结构、形态、尺寸可控的纳米材料方面没有显著的优势。 本文针对PZT陶瓷在高温烧结时PbO挥发量大,导致环境污染及材料性能劣化这一电子陶瓷材料产业难题,结合纳米材料因高比表面和烧结活性而具有显著降低陶瓷材料烧结温度能力的特点,开展相关纳米粉体可控制备的基础研究,并在规模化生产水平上研究纳米粉体改性技术在降低PZT陶瓷烧结温度、改善陶瓷制备工艺、提高材料性能方面的作用,获得实用的纳米改性陶瓷生产工艺条件与产业化技术。 据此,本文选择ZrO_2和TiO_2为研究对象,在对热液法实现纳米晶可控合成、表征和性能系统研究的基础上,研究其对PZT压电陶瓷(嘉康公司P612配方,用于生产频率元件)的改性作用及其实用化生产技术。研究内容及主要成果如下: 1.在水介质中制备出ZrO_2纳米粉体。通过X射线衍射(XRD)、热重分析(TG)、红外光谱(FT-IR)及酸溶性实验对所制备的ZrO_2纳米晶前驱体溶胶的结构进行确定。此外,根据前驱体凝胶在不同升温速率下的差热分析(DTA)结果,依据Johnson-Mehl-Avrami(JMA)方程分别采用Owaza法和Kissinger法对ZrO_2纳米粉体相变动力学进行了研究,计算获得两种方法下的相变活化能分别为173.49kJ·mol~(-1)和159.49 kJ·mol~(-1)。产物粉体的XRD及透射电镜(TEM)分析结果表明,产物中四方相与单斜相的比例可通过反应条件进行可大范围的调节:当反应物ZrOCl_2与KOH摩尔比由1:4变为1:12.5时,180℃反应10小时后产物中四方相体积含量由18.63%增加到60.06%。此外,当反应温度为180℃、反应物ZrOCl_2与KOH摩尔比为1:12.5时,产物中单斜相含量随反应时间的延长而增加。不过,在水介质合成条件下通过改变反应物配比、反应温度及反应时间尚无法实现任意相组成ZrO_2纳米粉体的合成。 2.在水作为反应介质制备ZrO_2纳米粉体的研究基础上,以无水乙醇取代水作为反应介质进行ZrO_2纳米粉体合成制备研究,分别考察了KOH、NaOH及NH_4OH等沉淀剂对产物相组成及形貌的影响。结果表明,在较低的140℃温度下反应3小时后,氨水条件下制备的产物为无定形相,而以NaOH和KOH为沉淀剂所制备产物均为ZrO_2纳米晶,且四方相含量分别为48.26%和100%。以KOH为沉淀剂制备ZrO_2纳米粉体时,分别考察了沉淀剂溶液浓度、反应温度、反应时间及表面活性剂等参数对产物组成及形貌的影响,发现表面活性剂对产物组成及形貌没有显著影响,而其余参数的改变均对产物产生显著影响。在NH_4OH为沉淀剂的体系中,考察了反应温度和反应时间对产物组成的影响。结果显示,即使在较高的反应温度(220℃,10小时)及较长的反应时间(180℃,36小时)等条件下,产物仍主要由四方相组成,低温稳定单斜相比例不高。综合ZrO_2纳米粉体制备过程中各因素对产物的作用结果发现,以KOH为沉淀剂时可通过改变反应时间实现纯四方相至纯单斜相范围内任意相比例ZrO_2纳米粉体的可控合成。 此外,对无水乙醇为反应介质所制备纳米ZrO_2粉体的发光性能进行了研究,发现经250nm紫外光激发后,在402nm处可观察到ZrO_2纳米粉较强的发射峰,同时该粉体表现出较好的红外发射性能。 3.在ZrO_2材料制备及应用研究中,稀土离子及其他过渡金属离子掺杂ZrO_2基结构材料及功能材料占有相当的比例,其中稀土Nd~(3+)掺杂ZrO_2纳米粉体的制备及性能研究尚未见报道。本文考察了水介质中NH_4OH、KOH及NaOH等沉淀剂对ZrO_2∶Nd纳米粉体组成的影响,研究了以KOH为沉淀剂时掺杂离子浓度及热液反应温度对产物组成的影响规律。将名义掺杂量为5%的ZrO_2∶Nd纳米粉体在不同温度下煅烧2小时,研究发现ZrO_2∶Nd纳米粉体在不高于875℃温度下煅烧后主要由四方相组成,经1000℃煅烧后单斜相含量显著增加,但仍保留相当部分四方相,表明Nd~(3+)掺杂可提高ZrO_2纳米粉体的热稳定性。在此基础上,对Nd~(3+)离子掺杂稳定的机理进行了初步探讨。 4.在课题组前期溶胶-凝胶法制备TiO_2薄膜的基础上,本文以钛酸丁酯为原料,通过热液法制备了TiO_2纳米粉体并研究了其部分添加对PZT压电陶瓷烧结性能、电性能及机械性能的作用。XRD分析结果表明产物由金红石和锐钛矿混合组成,金红石相占26.79%。 通过Pb(Zr_(0.53)Ti_(0.47))O_3压电陶瓷中纳米TiO_2部分替代微米粉体原料,研究纳米改性对PZT压电陶瓷烧结性能、电性能及机械性能的影响,以及对制成频率元件的性能影响作用。结果表明,在组成中以纳米TiO_2取代20%微米TiO_2对烧结有明显的促进作用。而纳米改性PZT压电陶瓷可以在保持原有介电及压电性能的同时,居里温度由改性前的300℃提高到400℃,使其可在更高的温度下使用。一般认为,掺杂是改变PZT压电材料的居里点的有效途径,本文研究结果揭示了一条通过非掺杂机制改变PZT压电材料居里点的新途径和技术。小试研究结果表明,纳米改性后陶瓷振子的耐高低温冲击性能得到显著提高,未改性振子在-55℃与85℃之间循环冲击200次后带宽变化率达49.9%,已丧失压电性能,而改性振子带宽变化不大,变化率仅为2.4%。 5.上述研究结果已在嘉康电子有限公司进行了纳米改性压电陶瓷及频率元件的中试放大与生产。企业中试生产结果表明,通过纳米改性技术可以获得性能稳定的陶瓷产品与频率元件。在综合制造成本仅增加0.2%的条件下,改性后压电陶瓷产品的机械性能得到明显改善,耐高低温冲击性能获得了根本性的改善,达到了提高产品性价比的效果。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TB383.1

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘建玲,赖琼琳,陈宗璋,何莉萍,杨天足,江名喜;反应条件对水热法制备纳米ATO粉体形貌和电性能的影响[J];材料科学与工程学报;2005年04期
2 汪斌华,黄婉霞,刘雪峰,涂铭旌;纳米SiO_2的光学特性研究[J];材料科学与工程学报;2003年04期
3 马成勇;程海峰;唐耿平;谢炜;;红外/雷达兼容隐身材料的研究进展[J];材料导报;2007年01期
4 高基伟;杨辉;申乾宏;;光催化型TiO_2溶胶的制备和分析[J];电子元件与材料;2006年08期
5 孙慧萍,张启龙,杨辉,王信权,陆德龙;烧结助剂对CaO-B_2O_3-SiO_2介电陶瓷结构与性能的影响[J];硅酸盐通报;2004年05期
6 谭强强,张中太,唐子龙,罗绍华,方克明;有机添加剂-超强碱共沉淀法制备纳米氧化锆粉体的研究[J];功能材料;2003年03期
7 付姚;曹望和;;透明纳米TiO_2薄膜的制备及其紫外光电特性研究[J];功能材料;2006年09期
8 张近;均匀沉淀法制备纳米氧化镁的研究[J];功能材料;1999年02期
9 谭强强,张中太;低温超强碱法制备引入有机添加剂的纳米四方多晶氧化锆粉体及其性能[J];硅酸盐学报;2004年01期
10 张启龙,杨辉,刘兴元,陆德龙;低温烧结Li_(1.05)Nb_(0.55)Ti_(0.55)O_3微波介质陶瓷及其器件[J];硅酸盐学报;2005年07期
【共引文献】
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1 李大成,周大利,刘恒,陈朝珍,张萍;超微粉体的制备(五)[J];四川有色金属;2000年02期
2 徐玲,徐立红,李燕;TiO_2纳米粉体的制备及光催化降解水杨酸的研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2005年01期
3 刘荣;茹红强;赵媛;唐荻;;基于机械混合法无压烧结制备ZrB_2/B_4C陶瓷复合材料[J];北京科技大学学报;2006年08期
4 曲绪平,王兆伦,陈娅如,刚洪泽,杨宇翔,陈荣三;正硅酸乙酯水解-聚合的工艺参数研究及纳米SiO_2的合成[J];玻璃与搪瓷;2005年03期
5 王连红;ZrO_2氧传感器的发展与应用[J];山东陶瓷;2004年02期
6 安胜利,宋希文,赵文广;湿化学法制备氧化物超微粉体的基本原理[J];包头钢铁学院学报;2000年02期
7 马明燕;张东丽;王玉洁;胡大强;朱怀志;蒋引珊;;碱活化条件对粉煤灰合成不同类型沸石的影响[J];吉林大学学报(地球科学版);2006年04期
8 刘欣一,王树东,袁中山,周谨,刘娜,张纯希,付桂芝;Pt/CeO_2-ZrO_2变换催化剂的制备、表征与性能[J];催化学报;2004年02期
9 杨咏来,宁桂玲,吕秉玲;液相法制备纳米粉体时防团聚方法概述[J];材料导报;1998年02期
10 田玉明,黄平,冷叔炎,梁丽萍,Mihal Barladeanu;沉淀法的研究及其应用现状[J];材料导报;2000年02期
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1 刘亚津;梁小平;李万灯;蒋强;;纳米ZnO紫外屏蔽剂的制备及其性能评价[A];第五届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2005年
2 杨志平;赵金鑫;李小宁;李盼来;李旭;杨勇;;X射线增感屏用纳米CaWO_4的Pechini法制备及其光学特性[A];第11届全国发光学学术会议论文摘要集[C];2007年
3 史可顺;;电子陶瓷和器件的低温共烧技术[A];《硅酸盐学报》创刊50周年暨中国硅酸盐学会2007年学术年会论文集(二)[C];2007年
4 陈改荣;张应桂;;纳米级MgO微粉的制备与表征[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
5 赵莎;徐可为;;氧分压对反应磁控溅射ZrO_2薄膜光学透射率的影响[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
6 贺香红;周健;李卫华;周全法;;近紫外光激发的新型蓝色荧光粉SrZnO_2:Bi~(3+)的合成与发光性能[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(1)[C];2007年
7 徐自强;李燕;谢娟;陈航;王恩信;邓宏;;半导体紫外探测器及其研究进展[A];四川省电子学会传感技术第九届学术年会论文集[C];2005年
8 王雷;薛冬峰;;纳米级镁盐产品工业化生产与应用[A];中国纳米级无机粉体材料发展·节能·环保高峰论坛论文集[C];2007年
9 徐秀梅;景介辉;孙都成;吴大青;;电化学沉淀法制备纳米氧化镁粉体及表征[A];中国纳米级无机粉体材料发展·节能·环保高峰论坛论文集[C];2007年
10 王雷;薛冬峰;;纳米级镁盐产品工业化生产与应用[A];2007年中国镁盐行业年会暨节能·降耗·环保技术信息交流会论文集[C];2007年
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1 高基伟;宽光谱激发的锐钛矿溶胶的低温制备及结构、性能表征[D];浙江大学;2006年
2 郭睿倩;稀土掺杂磁铅石型钡铁氧体超细粉末的制备及其磁性研究[D];中南大学;2001年
3 周秋生;碳化硅/莫来石/氧化铝复合陶瓷的研制[D];中南大学;2001年
4 梁逵;碳纳米管及氧化镍超级离子电容器的研究[D];电子科技大学;2002年
5 刘继进;(CaO/Y_2O_3)-ZrO_2超细粉的制备及其电解质性能的研究[D];湖南大学;2002年
6 马青松;聚硅氧烷先驱体转化制备陶瓷基复合材料研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2003年
7 郝艳霞;氧化锆多孔膜和涂层的制备、表征及性能研究[D];南京理工大学;2003年
8 王兵;新型医用辐射剂量计金刚石膜的制备及性能研究[D];四川大学;2003年
9 王巍;掺(?)钇铁石榴石磁光薄膜的性能及应用研究[D];电子科技大学;2003年
10 黄彪;杉木间伐材的炭化理论及其炭化物在环境保护中应用的研究[D];南京林业大学;2004年
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1 宋娜;纳米光半导体材料二氧化钛的制备及对黄瓜霜霉病的防治效果[D];吉林农业大学;2005年
2 袁志庆;低温固相反应—共生升华氯化铵法制备纳米材料及应用[D];中南大学;2005年
3 李强;纳米润滑油添加剂的制备及摩擦学性能研究[D];青岛科技大学;2005年
4 皇甫立霞;云母基片表面包覆二氧化钛纳米颗粒膜的研究[D];安徽大学;2003年
5 原效坤;纳米晶氧化锆陶瓷的制备及性能研究[D];太原理工大学;2002年
6 徐纯芳;沸石负载TiO_2光催化剂的制备及其光催化性能的研究[D];华侨大学;2004年
7 李莹;ZnS1-x Tex(0≤X≤1)多晶薄膜的制备及特性研究[D];暨南大学;2001年
8 迟洪忠;铝基镍铬合金电镀的研究[D];长春光学精密机械学院;2001年
9 郭小龙;纳米SiC颗粒复合Al_2O_3-ZrO_2(m)陶瓷材料的强韧化机理的研究[D];青岛大学;2001年
10 曹刚敏;功能性代铬镀层电沉积及其结构与性能研究[D];厦门大学;2001年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李燕;醇-水溶液加热法制备SnO_2纳米纷[J];安徽建筑工业学院学报;2000年02期
2 皮德富,王广民,房红兵;宽波段红外隐形材料研究[J];半导体技术;1996年03期
3 毛倩瑾,周美玲,陆山,戴瑶;导电高聚物吸波材料的研究进展[J];北京工业大学学报;2004年04期
4 井立强,徐自力,孙晓君,尚静,蔡伟民,杜尧国,傅宏刚;ZnO和TiO_2粒子的光催化活性及其失活与再生[J];催化学报;2003年03期
5 杨辉,申乾宏,高基伟;TiO_2-PEDT/PSS双层复合膜的制备及其光催化性能[J];催化学报;2005年10期
6 张中太,林元华,唐子龙,张俊英;纳米材料及其技术的应用前景[J];材料工程;2000年03期
7 赵九蓬,李垚,吴佩莲;新型吸波材料研究动态[J];材料科学与工艺;2002年02期
8 余家国,赵修建;掺银TiO_2复合薄膜的制备和光催化性能的研究[J];稀有金属材料与工程;2000年06期
9 谭强强,唐子龙,张中太,尧巍华,方克明;分散剂用量对纳米四方多晶氧化锆悬浮体流变性能的影响[J];稀有金属材料与工程;2003年09期
10 谭强强,唐子龙,张中太,尧巍华,方克明;纳米四方多晶氧化锆粉末的超强碱共沉淀法制备及性能表征[J];稀有金属材料与工程;2003年12期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 高基伟;杨辉;江仲华;黄顺余;;热处理温度对TiO_2结构、光学性能和光催化性能的影响[A];全国第三届溶胶—凝胶科学技术学术会议论文摘要集[C];2004年
2 姜斌;李阳;邓宏;游文南;王恩信;;纳米ZrO_2粉体的制备[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
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1 徐祖耀,江伯鸿,漆玄,吕伟,周伟敏,钟家湘;8mol%CeO_2-ZrO_2中的贝氏体相变[J];材料研究学报;1995年04期
2 徐国强;ZrO_2增韧Al_2O_3-硼化物陶瓷性能研究[J];陶瓷工程;1995年02期
3 吴驰明,王鹏,杨芝洲,孙成文;Sc_2O_3稳定的ZrO_2超细粉的制备与烧结[J];无机材料学报;1996年02期
4 刘钟馨,董相廷,王进贤,贾鑫海,冯秀丽,洪广言;反向共沉淀法制备Y_2O_3-ZrO_2纳米晶[J];稀有金属材料与工程;2005年10期
5 闫绍盟;谢光远;郭密;朱永宽;李平生;;改性鱼油作ZrO_2分散剂的性能研究[J];江苏陶瓷;2007年03期
6 IvanM.A fanasov;Gustaaf VanTendeloo;AndreiT.Matveev;;ZrO_2—膨化石墨/焦炭复合材料的结构和制备(英文)[J];新型炭材料;2010年04期
7 范福康,邵士敏,肖锡筑;ZrO_2添加剂对Ba_2Ti_9O_(20)合成的影响[J];电子元件与材料;1985年01期
8 杨素丽;美国杜邦公司计划增产12万吨TiO_2[J];稀有金属;1988年06期
9 李瑞丰,马静红,徐文旸,吴锋;Zr-K-Fe/ZSM-48催化剂中锆的作用[J];燃料化学学报;1991年02期
10 王建,金志浩,李光新,王笑天;Y_2O_3-ZrO_2陶瓷的高温力学性能[J];天津大学学报;1992年S1期
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1 叶钊;黄兴华;臧志清;杨齐瑜;;超声场中制备纳米级锐钛矿型TiO_2的研究[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
2 柳平英;吴礼新;;低成本TiO_2结晶釉的研制[A];中国硅酸盐学会陶瓷分会2010年学术年会论文集(一)[C];2010年
3 崔春翔;戚玉敏;高鑫;李勇;王晶;刘慧;;钛表面原位自生TiO_2纳米管抑菌种植牙材料的研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第5分册)[C];2010年
4 王小聪;唐赛德;周辰;刘靖;封伟;;模板法制备TiO_2/聚苯胺中空复合微球及多孔TiO_2中空微球[A];全国第八届有机固体电子过程暨华人有机光电功能材料学术讨论会摘要集[C];2010年
5 张华荣;梁勇;谭克奇;郑海务;顾玉宗;;表面氧空位对TiO_2纳米晶光催化活性的影响(英文)[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第2分册)[C];2010年
6 李达;张军;邵乐喜;卞洪飞;李东珂;杨元政;;超声喷雾热解法制备TiO_2光催化自清洁陶瓷及其性能研究[A];低碳技术与材料产业发展研讨会论文集[C];2010年
7 王婷婷;刘雪辉;郭建军;程昱川;许高杰;;TiO_2基低场高性能电流变液研究[A];中国化学会第十三届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2011年
8 郝莉;白福全;张红星;;染料敏华太阳能电池中敏化剂吸附在锐钛矿TiO_2(101)表面上电荷注入的理论研究[A];第十一届全国计算(机)化学学术会议论文摘要集[C];2011年
9 王秀丽;石建英;冯兆池;徐倩;李灿;;TiO_2光催化剂表面性质的激光诱导发光光谱研究[A];第十五届全国光散射学术会议论文摘要集[C];2009年
10 龙明策;陈超;蒋晶晶;蔡伟民;;碳改性TiO_2表面结构和组成对可见光活性的影响[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 罗鸣;基于基板的TiO_2纳米点结构的制备及性能研究[D];浙江大学;2009年
2 董帆;非金属掺杂TiO_2基纳米材料的制备新方法、结构表征及可见光催化降解气相甲苯性能[D];浙江大学;2010年
3 张向超;掺杂TiO_2薄膜的制备、表征及性能[D];中南大学;2010年
4 周民杰;纳米TiO_2涂层及其复合涂层的制备与光阴极保护性能研究[D];华南理工大学;2010年
5 叶苗苗;纳米结构TiO_2的制备及其光催化降解4-氯硝基苯的效能研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
6 沈先涛;分子印迹型系列TiO_2光催化剂的制备及其选择性降解有机污染物的研究[D];华中科技大学;2009年
7 李海彦;离子掺杂TiO_2纳米材料的光电性质及光催化活性研究[D];吉林大学;2011年
8 许元妹;晶相和形貌可控的TiO_2纳米晶和取向薄膜的合成及其在染料敏化太阳电池中的应用[D];华南理工大学;2010年
9 方钧;以TiO_2光催化剂为基的过渡金属氧化物结构和性能的研究[D];中国科学技术大学;2010年
10 张代生;上转换微纳米晶@TiO_2核/壳结构红外光催化材料的制备和表征[D];吉林大学;2011年
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1 冯娟娟;TiO_2纳米管阵列阳极氧化法制备、改性及光电催化性能研究[D];西北大学;2010年
2 吴楚萍;TiO_2/浮石光催化降解水中邻苯二甲酸酯类污染物的研究[D];暨南大学;2010年
3 陈钱宝;聚合物/TiO_2的杂化薄膜和多层杂化微球的制备和性能[D];合肥工业大学;2010年
4 闫国田;共掺杂TiO_2纳米管阵列薄膜的制备及光催化性能研究[D];河南大学;2011年
5 叶岩溪;上转换发光材料复合TiO_2的制备及性能研究[D];西北大学;2011年
6 叶芳云;TiO_2光催化剂的改性、负载及其性能研究[D];武汉理工大学;2011年
7 羊晓磊;新型TiO_2基光催化剂的制备及催化性能研究[D];上海师范大学;2011年
8 任常宝;基于基板的TiO_2纳米球表面层的制备与表征[D];浙江大学;2010年
9 刘仙玲;紫外老化下红着色剂及纳米TiO_2对赝复硅橡胶色彩稳定性影响的研究[D];昆明医学院;2010年
10 崔强;形貌与结构对TiO_2纳米管光催化性能和抗菌性能的影响[D];西南交通大学;2010年
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