论文部分内容阅读
铁电材料在当今社会有很多应用,比如压电传感器,驱动器,换能器,光伏,光催化等等。尤其是高性能的铁电材料非常重要并且得到广泛使用,也是先进材料研究的热点之一。为了保持社会的可持续发展,不少国家对研究新型的无铅压电陶瓷投入了不少的努力。缺陷对压电材料的性能非常重要,有好的一面,也有差的一面。本论文主要通过铁电体缺陷来研究材料的压电性能,介电性能,光电性能和光催化性能的影响。（1）Li2CO3掺杂BaTiO3的占位及其性能的研究;（2）LiF掺杂BaTiO3的占位及其性能的研究;（3）NiO和Nb2O5掺杂BaTiO3的光吸收的研究;（4）La2O3掺杂SrBi2Nb2O9铁电材料的光催化的研究。我们用固相法制备了三种形式的Li2CO3掺杂BaTiO3的陶瓷,（1）(Ba1-xLix)TiO3-x/2（2）Ba(Ti1-xLix)O3-3x/2（3）x/2 Li2CO3+BaTiO3,对于这三种我们都研究了Li+离子的稳定占位,所有陶瓷的密度都大于95%。结果显示Li2CO3掺杂BaTiO3陶瓷的晶胞参数,晶粒大小和电性能都随着Li+离子的不同占位而变化。随着Li+含量的增加,Ba1-xLixTiO3-x/2陶瓷的晶胞体积减小,BaTi1-xLixO3-3x/2陶瓷的晶胞体积增大。x/2Li2CO3+BaTiO3陶瓷在Li+离子少量掺杂的情况下,晶胞体积减小,而增大Li+离子的掺杂浓度时,晶胞体积增大。所有Li2CO3掺杂的BaTiO3都显示出类似反铁电相的双电滞回线。通过比较三种陶瓷,我们得出在x/2Li2CO3+BaTiO3陶瓷中,Li+离子浓度低的时候首先占据A位,而在掺杂浓度高的时候则占据B位。通过改变Ba/Ti,系统地研究了LiF掺杂BaTiO3陶瓷,即A位LiF掺杂Ba1-xLixTiO3-xFx（A:BLiFT-x）,B位LiF掺杂BaTi1-xLixO3-2xFx（B:BTLiF-x）和LiF外掺x/2LiF+BaTiO3（C:LiFBT-x）的三组陶瓷（x=0%,1%,3%,5%,7%）。通过XRD和显微结构和电学性能的比较,得出LiF在A:BLiFT-x和C:LiFBT-x陶瓷中,Li+离子占据A位,F-离子占据O位,但是LiF的溶解度较小,大部分Li+离子和F-离子占据间隙位。随着LiF含量的增加,出现第二相,因此在居里温度附近出现两个峰。随着LiF的增加,平面机电耦合系数（kp）和压电常数(d33)的值先增加后减小。在B:BTLiF-x陶瓷中,Li+离子占据B位,F-离子占据O位,形成[LiTi-FO]2-缺陷偶极子,出现瘦腰的电滞回线。随着LiF含量的增加,陶瓷的d33和kp的值是下降的。但是这三组陶瓷,随着LiF的增加,介电常数上升,居里温度下降。采用固相法制备的BaTi1-x[Ni1/2Nb1/2]xO3-δ（x=0%,1%,2%,3%,4%,5%）（BTNN-x）陶瓷。随着NiO和Nb2O5掺杂含量的增加,可见光的吸收逐渐增强。令人惊讶的是,如果把陶瓷研磨成粉末基本上没有可见光的吸收。这表明可见光的吸收不是BaTi1-x[Ni1/2Nb1/2]xO3-δ陶瓷的本征性能。因此,我们认为陶瓷晶界对可见光的吸收作用是非常重要的。在晶界处非常复杂的缺陷结构和扭曲的晶体结构或许可以得到工程上的应用。运用第一性原理计算也表明深的缺陷能级是可见光吸收的主要原因,这个结论也是第一次发现和报道的。使用固相法制备了La2O3掺杂的SrBi2-xLaxNb2O9铁电粉末和陶瓷,研究了光催化效应和自发极化强度的关系,发现光催化的性能与自发极化并不总是有关联的。拉曼光谱揭示了SrBi2-xLaxNb2O9的微观结构与La3+离子的浓度相关。在掺杂含量La3+≤0.02时,La3+离子占据Bi2O2层的Bi3+位,当掺杂含量La3+>0.02时,La3+离子占据钙钛矿结构SrNb2O7的Sr位,并且自发极化随着La3+含量的增加而增加。当掺杂含量La3+≤0.02时,主要是由于氧空位的减少,漏电流随着La3+离子的增加而减少,光电流和光催化的效率随着La3+含量的增加而增加。当掺杂含量La3+>0.02时,随着La3+含量的增加,由于形成La+Sr缺陷,尽管自发极化是逐渐增大的,但是漏电流增大,而光电流和光催化效率减小,表明缺陷La+Sr对载流子的运输比自发极化的作用更重要。