锆钛酸铅(PZT)及钛酸镧铋(BLT)的纳米粉体和一维纳米结构的合成、表征及其机理的研究

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首先介绍了Pb(ZrxTi1-x)O3(PZT)和Bi4-xLaxTi3O12(BLT)的结构、性能,并对PZT的准结晶学相界(MPB)、以及钙钛矿相PZT和铋层钙钛矿结构BLT相的合成方法进行了详细的综述和讨论;然后,回顾了—维纳米结构的研究进展,详细综述了—维纳米结构的生长机制和合成方法,并对BaTiO3和PZT等钙钛矿结构铁电氧化物—维纳米结构的合成及性能研究进展进行了概述和分析。结合部分草酸盐固相反应法对共沉淀法合成PZT进行改进,探索并开发了实现纯相PZT低温合成的两步沉淀法。利用聚乙烯醇(PVA)对前驱体沉淀物团簇的隔离作用,辅助两步沉淀法合成出分散良好的PbZr0.52Ti0.48O3(PZT)纳米粉体。首次利用共沉淀法实现了铋层钙钛矿结构相Bi3.25La0.75Ti3O12(BLT)纳米粉体的合成。开拓性地在水热系统中引入聚合物(聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酸(PAA)),合成出四元钙钛矿氧化物PbZr0.52Ti0.48O3(PZT)四方相单晶纳米棒、纳米线和多晶纳米管。 采用差热和热失重分析(DTA和TG)对合成PZT和BLT粉体的前驱体粉体的热行为进行了分析,利用X射线衍射(XRD)探讨了PZT、BLT晶相演化与煅烧温度的关系,场发射扫描电子显微镜(FESEM)观察了合成粉体的形貌随煅烧温度的演化过程,电感耦合等离子体发射光谱(ICP)和电子探针X射线显微分析(EDX)对合成的PZT、BLT粉体的化学组成进行了分析,并结合TG分析了PZT粉体的热稳定性。 共沉淀合成PZT粉体的过程中,除形成主晶相钙钛矿PZT外,还形成少量的PbO相,导致高温煅烧的粉体Pb含量减少,偏离设计组成;低温煅烧的粉体,热稳定性较差。对共沉淀法改进后发展的两步沉淀法和部分草酸盐共沉淀法,强化了Zr4+、Ti4+离子的结合,形成特殊的前驱体粉体微观结构,避免了PbO的挥发,不仅实现了钙钛矿相PZT的直接合成,保持了很好的设计组成,而且所得到的粉体具有良好的热稳定性。 对不同方法制备的前驱体粉体形成PZT相的活化能研究显示,不论是共沉淀法,还是改进后的部分草酸盐共沉淀法或两步沉淀法合成钙钛矿相PZT的反应均遵循连续反应机制,即 Amorphous Precursor Powder→Pyrochlore→Perovskite PZT,反应物首先反应生成焦绿石相,然后再转化为钙钛矿相。 建立了两步沉淀法合成钙钛矿相PZT的模型。在PbO和ZT反应合成PZT相过程中,形成PbO-PZT和PZT-ZT两个界面,Pb2+离子扩散到PZT-ZT界面与ZT反应形成钙钛矿相PZT,Pb2+离子在PZT层中的扩散控制着合成PZT的反应
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