收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

钙钛矿铌酸盐电介质陶瓷粉末的水热合成

吴淑雅  
【摘要】: 钙钛矿型铌酸盐由于其独特的介电、铁电、压电以及非线性光学性能等而备受关注。近年来,继复合钙钛矿铌酸盐A(B_(1/3)Nb_(2/3))O_3(A=Ba,Sr,B=Mg,Zn,Ni)后,阳离子缺失型碱土金属铌酸盐M_5Nb_4O_(15)(M=Sr,Ba),和MNb_2O_6(M=Mg,Zn,Cu,Co,Ni,Ca等)作为微波介质陶瓷新体系,正引起越来越多的兴趣[1-27]。同时,KNbO_3与NaNbO_3等作为新型无铅压电陶瓷的候选材料,更日渐显出其重要意义[28-49]。目前,这些陶瓷的主要合成方法为固相高温反应法。制备的粉末粒径大、粒度分布宽、组分不均匀。由于高端电子元件的制备需要细小均匀的单相陶瓷粉体,寻找能合成粒径小、粒度分布窄、纯度高的粉体的方法具有非常重要的意义。在此背景下,本文采用水热法在低温下合成了粒径小、粒度分布均匀的钙钛矿铌酸盐电介质陶瓷粉末,系统地研究了铌酸钡、铌酸锌和铌酸钠陶瓷粉末的水热合成条件、反应机理、以及这些水热合成粉末的结构与形貌的演化规律。 通过水热合成法在230℃反应6小时合成了粒径小、粒度分布窄、纯度高、不同形貌的Ba_5Nb_4O_(15)粉末。研究了前驱体的种类、体系的pH值、反应温度和反应体系的浓度对合成结果的影响规律:在以Nb_2O_5作为Nb-前驱体时,只有Nb~(5+)以游离态离子参加反应时才能得到Ba_5Nb_4O_(15)粉末;阴离子不同的可溶性钡盐,Ba(OH)_2.8H_2O,BaCl_2.2H_2O和Ba(NO_3)_2均能用于合成Ba_5Nb_4O_(15)粉末,得到产物的晶粒大小不同,通过选择不同的钡前驱体可以控制合成粉末的晶粒形貌及大小。合成Ba_5Nb_4O_(15)时所需的最低Ba和Nb的摩尔比为3:2,最低pH值为12。通过改变水热反应体系的pH值可以控制合成产物形貌和结构。PH=12时生成产物为片状Ba_5Nb_4O_(15),pH值为13时产物为Ba_5Nb_4O_(15)纳米线,在pH达到14和15时则生成立方结构的Ba_4Nb_2O_9单相。同样的反应时间下反应温度影响晶体的结晶度,在200℃反应6小时的产物结晶度相对较低。体系达到溶解和结晶平衡所需时间为在4小时,此时前驱体转化完成,晶粒停止长大。通过控制前驱体的浓度可以控制产物晶粒大小,产物晶粒随前驱液浓度的增大有一个极大值。 本文还突破了常规用HF溶液溶解Nb_2O_5的方法,将Nb_2O_5转化为可溶性铌酸盐后与钡盐溶液在水热条件下于220℃,12小时成功地合成单相Ba_5Nb_4O_(15)陶瓷粉末。减少了由HF引起的环境污染,为难溶于水的铌酸盐的合成开辟了一种新的有效途径。反应体系的酸碱度不同生成产物也不相同。Ba_5Nb_4O_(15)陶瓷粉末水热合成的合适条件为:前驱体溶液pH大于14、合成温度高于或等于200℃。产物的形貌为不规则片状,延长反应时间对产物形貌基本没有影响。 探索了水热合成钙钛矿结构铌酸锌的不同方法。以K_8Nb_6O_(19)溶液为前驱体用NH_3·H_2O作为矿化剂,在pH值为14、250℃、填充率为50%的条件下,反应24小时水热合成出单相ZnNb_2O_6粉末。突破了用高温合成锌铌酸盐的常规框架,避免了高温合成时Zn挥发的问题。用K_8Nb_6O_(19)溶液和ZnCl_2溶液以摩尔比2/1混合的沉淀物为前驱体与H_3BO_3在500℃共烧2小时后得到单相的ZnNb_2O_6。这与其它加入助烧剂的方法不同,硼酸并没有留在样品中,这对降低其它需要高温合成的铌酸盐的合成温度有一定借鉴意义。 最后用Nb_2O_5和NaOH作为前驱体、在OH浓度较低(1M—4M)的条件下通过水热反应得到单相、不同结构与形貌的NaNbO_3粉末。突破了一直用高碱度(7M—20M)水热合成NaNbO_3粉末的常规。揭示了OH~-浓度、反应温度、反应时间对合成的影响规律。体系的OH~-浓度影响合成反应的速度、产物的结构和形貌。体系的反应速度并不与OH~-浓度成正比,在OH~-浓度为2M和3M时反应速度比较快。在OH~-浓度为1M和2M时生成产物的结构为正交相,当OH~-浓度为3M时产物为四方相,而当OH~-浓度为4M时产物为立方相。在160℃反应6小时合成的样品中,当体系中OH~-浓度为1M和2M时产物为立方晶粒,在OH~-浓度为3M时产物是方的片状化合物,在它的浓度为4M时产物形貌为不规则片状。对于不同的OH~-浓度,在体系其它条件相同的情况下,反应各个阶段的中间产物形貌明显不同,OH~-浓度影响中间体的聚集方式。反应温度影响体系的反应速度,温度越高反应速度越快。在120℃反应24小时不能得到单相的NaNbO_3粉末,在140℃反应12小时能得到单相的产物。在250℃,只需0.5小时就得到单相NaNbO_3粉末。温度对合成产物的形貌有影响,温度越高的到产物的颗粒度就越大,在OH~-浓度为3M和4M时高温和低温的形貌并不相同。温度较低时得到的为片状化合物,但在高温时均为立方颗粒状。而延长反应时间将导致晶粒增大。 该体系遵循原位反应的机理。反应分为两步:1)Nb_2O_5和溶液中的Na~+反应,慢慢形成连续的Nb_8Nb_6O_(19).13H_2O层;2)Nb_8Nb_6O_(19).13H_2O生成后,因为它的对称性比较低,在水热条件下Nb—O八面体发生重排,生成NaNbO_3。决定反应速度的步骤为第二步。发现体系其它条件相同的情况下,过高的OH~-浓度不仅不能加快反应速度,反而阻碍中间产物向最终产物转化。这些结论为今后用水热法合成NaNbO_3时节省物力与时间的投入、减少环境污染具有重要意义,同时为研究其它碱金属铌酸盐水热合成条件的选择提供了依据。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 方亮,张辉,吴伯麟,袁润章;氧化铝柱层状类钙钛矿型铌酸盐KSr_2Nb_3O_(10)的制备与表征[J];分析测试学报;2000年05期
2 张爱芸;张丽娜;郑娟;;三维网状锂镍硼磷酸盐的水热合成及结构[J];河南理工大学学报(自然科学版);2010年01期
3 张爱芸;张丽娜;郑娟;;一种锂锌硼磷酸盐的晶体结构[J];河南理工大学学报(自然科学版);2011年01期
4 祝媛媛;方光荣;柳士忠;;一维多酸-有机配位聚合物{[Cu(en)_2(H_2O)][Cu(en)_2(H_2O)PW_3~ⅤW_9~ⅥO_(40)Cu(en)_2]·9H_2O}_n的合成、性质与结构[J];湖北大学学报(自然科学版);2007年01期
5 李亚丰,崔巍,朱广山,裘式纶,方千荣,王春雷;[C_6N_2H_(18)]_2[Mo_5O_(15)(HPO_4)_2]·H_2O的水热合成与结构表征[J];高等学校化学学报;2003年03期
6 秦麟卿,方亮,张辉,吴伯麟;铌酸盐Ba_6FeNb_9O_(30)的XRD研究[J];分析测试学报;2000年02期
7 郑文君,庞文琴;MSnO_3和MSn_(0.5)Zr_(0.5)O_3(M=Sr,Ba)的水热合[J];无机材料学报;1996年04期
8 李宝华,郑文君,庞文琴;SrZrO_3基质氧化物粉体的水热合成和表征[J];材料研究学报;1999年02期
9 张辉,方亮,谢济仁,吴伯麟,袁润章;新铌酸盐Ba_3Ni_(0.33)Nb_(4.67)O_(15)的合成与X射线衍射分析[J];分析测试学报;2001年04期
10 李亚丰,崔巍,朱广山,裘式纶,方千荣,王春雷;具有八-环开放骨架结构的Ni_3(PO_4)_2·8H_2O的水热合成与表征[J];高等学校化学学报;2002年08期
11 郑文君,赵鸿喜,庞文琴;La_(0.66-x)Li_(3x)TiO_(2.993)(x≤0.11)的水热合成和表征[J];化学研究与应用;2000年03期
12 郑文君,庞文琴;新型复合钙钛矿Ba(Sb~Ⅲ,Sb~Ⅴ)O_3的水热合成和表征[J];无机材料学报;2000年02期
13 丁岩芝;卢肖永;徐俊;;多柱状氧化锌微晶的水热合成与表征[J];淮南师范学院学报;2008年05期
14 邹文斌;朱俊武;杨绪杰;陆路德;汪信;;甘氨酸-硝酸盐燃烧法合成BaCeO_3纳米粉末[J];南京理工大学学报;2011年04期
15 黄永前,郑昌琼,谢长清;莫来石膜的制备和结构研究[J];无机材料学报;1998年06期
16 于颖;陈志武;胡建强;何新华;卢振亚;;钛酸铋纳米粉体的水热合成及表征[J];硅酸盐通报;2009年S1期
17 陈天兵,李宗全;氮化碳的制备、结构和性能[J];材料科学与工程;1998年04期
18 宋崇林,王军,沈美庆,秦永宁;干燥条件对纳米晶体LaCoO_3的结构与合成机理的影响[J];应用化学;1998年05期
19 于吉红,王宇,施展,徐如人;手性配合物模板剂对磷酸锌骨架的手性传递[J];无机化学学报;2002年01期
20 陈建君;邓慧芳;王尚平;徐蓉;罗龙飞;钟声亮;;多孔氧化铁纳米花的合成与表征[J];江西师范大学学报(自然科学版);2010年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杨晓晶;;γ’型水合层状镍酸钠的水热合成和结构[A];中国化学会第26届学术年会无机与配位化学分会场论文集[C];2008年
2 戴树玺;武艳强;王洋;杜祖亮;;CTAB/TiO_2有序结构为前驱体水热合成TiO_2纳米晶[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年
3 张向锋;温兆银;顾中华;徐孝和;林祖纕;;不同铝盐对KAI(OH)_2CO_3水热合成晶相的影响[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年
4 刘善科;董全峰;金明钢;郑明森;林祖赓;孙世刚;;LiFePO_4的水热合成[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(上集)[C];2005年
5 游达;董玉林;张联盟;;水热法合成制备PZT压电陶瓷粉[A];2002年材料科学与工程新进展(下)——2002年中国材料研讨会论文集[C];2002年
6 刘宏;崔洪梅;李霞;王继扬;;合成条件对NaFe_4P_(12)单晶纳米线结构和形态的影响[A];纳米材料和技术应用进展——全国第三届纳米材料和技术应用会议论文集(下卷)[C];2003年
7 刘来君;陈秀丽;樊慧庆;;铅酸钾单晶的表面组织及畴结构[A];第六届全国表面工程学术会议暨首届青年表面工程学术论坛论文集[C];2006年
8 刘来君;陈秀丽;樊慧庆;;铅酸钾单晶的表面组织及畴结构[A];第六届全国表面工程学术会议论文集[C];2006年
9 吕林女;赵晓刚;何永佳;胡曙光;;钙硅比对水化硅酸钙形貌和结构的影响[A];中国硅酸盐学会水泥分会首届学术年会论文集[C];2009年
10 林郑忠;张汉辉;黄长沧;孙瑞卿;赵士龙;叶钊;;具有新颖结构的磷钼杂多化合物Na_4H[Na(HPO_4)_2(PO_4)_4Mo_(18)O_(49)]·17H_2O的合成与晶体结构[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴淑雅;钙钛矿铌酸盐电介质陶瓷粉末的水热合成[D];浙江大学;2008年
2 高路;柔性配体构筑的配位聚合物的水热合成研究[D];吉林大学;2009年
3 张刚华;钙钛矿型锰基、铁基氧化物的水热合成及其电磁性质[D];吉林大学;2009年
4 房伟;软化学方法中低温合成BN的物相控制研究[D];山东大学;2006年
5 石晶;铅的配位聚合物的水热合成、结构表征和性质研究[D];吉林大学;2008年
6 庞洪涛;纳米金属氧化物、壳聚糖及其复合材料的制备与结构、性能研究[D];中国海洋大学;2008年
7 姜海辉;氮化硼和氮化碳纳米材料的合成与表征[D];山东大学;2007年
8 王记江;新型光功能配位聚合物的水热合成和性质研究[D];西北大学;2007年
9 沙靖全;d~(10)金属—有机胺链修饰多金属氧簇的组装化学[D];东北师范大学;2008年
10 任宜霞;间苯二羧酸类稀土配位聚合物的构筑及性质研究[D];西北大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘楠;铌酸钾钠无铅压电陶瓷的水热制备和放电等离子烧结[D];陕西师范大学;2009年
2 姜兴东;特殊形状纳米颗粒的制备与表征[D];兰州大学;2008年
3 朱云贵;次级结构a-Fe_2O_3的合成[D];合肥工业大学;2005年
4 谢钢;单分子前驱体水热溶剂热合成硫族纳米材料[D];西北大学;2003年
5 王鲜;类钙钛矿(C_4H_9NH_3)_2MX_4材料的制备与结构[D];武汉理工大学;2004年
6 张衡;稀土掺杂钛酸铅系电子陶瓷的制备与表征[D];河北师范大学;2005年
7 贺方升;层状铌酸盐的水热合成及其光催化性能研究[D];武汉理工大学;2006年
8 李云华;NASICON构型磷酸锆盐晶体的水热合成及其交换组装性能研究[D];清华大学;2005年
9 李莲莲;YMn_2O_5多铁性陶瓷粉末的水热合成[D];浙江大学;2008年
10 左传凤;水合硼酸钙的合成及其热化学研究[D];陕西师范大学;2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 田红 记者 胥茜;论文无创新 一票能否决[N];中国教育报;2005年
2 王握文周珞晶 吴丹;11篇全国优秀博士学位论文的启示[N];科技日报;2008年
3 记者 欧阳春艳;全国百篇优秀博士学位论文评选揭晓[N];长江日报;2005年
4 本报特约通讯员  汤宏;播撒创新的种子[N];解放军报;2006年
5 学位办;研究生院奖励优秀博士学位论文[N];中国社会科学院院报;2008年
6 徐宜军;哈工大博士学位论文实行匿名评议制度[N];新华每日电讯;2005年
7 周玲玲;2007年全国优秀博士学位论文评选结果公布[N];中国教育报;2007年
8 王曼;充分利用院图书馆特色文献信息资源[N];中国社会科学院院报;2005年
9 李大庆;中科院为今年留院博士启动研究工作[N];科技日报;2006年
10 记者 王坤宁;国图馆藏博士学位论文陆续结集[N];中国新闻出版报;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978