一維鈮酸鈉-鈮酸鉀納米結構的制備及壓電性能表征.pdf

1、堿金屬鈮酸鹽是一類重要的鈣鈦礦材料，在壓電、鐵電、電光、非線性光學、光催化等領域具有重要應用。近年來，由于人們對環(huán)境保護的重視，在壓電陶瓷領域，人們希望用無鉛壓電陶瓷來取代目前廣泛使用的鋯鈦酸鉛Pb(ZrxTi1-x)O3(PZT)陶瓷。其中，鈮酸鉀鈉[(K,Na)NbO3]陶瓷被認為是最有可能取代PZT的候選材料之一。作為這一材料體系的終端材料，NaNbO3，KNbO3吸引了人們廣泛的關注。隨著納米技術的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)NaNbO3、K

2、NbO3納米材料在納米壓電、納米發(fā)電機、納米光學、光催化中同樣具有重要應用價值。而一維納米材料被認為是未來應用于電子、光電、電機械、傳感等領域納米器件的基本構筑單元，因此對一維鈮酸鹽納米材料的制備和研究就顯得十分必要。
　　水熱法是制備納米材料的有效方法。本論文利用鈮片作為鈮源，采用NaOH溶液和雙氧水作為起始反應試劑，通過水熱法制備NaNbO3一維納米結構。利用XRD、紅外光譜、掃描電鏡等詳細研究了水熱過程中的物相變化及形貌變化

3、。實驗發(fā)現(xiàn)，水熱過程中首先生成Na2Nb2O6-H2O納米線。Na2Nb2O6-H2O是一種亞穩(wěn)相，隨著水熱時間的延長，其逐漸失去結晶水并最終轉變成鈮酸鈉相，水熱生成鈮酸鈉的形貌為微米立方體。由于Na2Nb2O6-H2O是亞穩(wěn)相，在空氣中煅燒可以得到鈮酸鈉納米線。由于鈮酸鈉晶體結構多形性的特點，利用XRD、拉曼等表征手段對實驗所得的NaNbO3納米線和NaNbO3微米立方體的晶體結構進行了解析，發(fā)現(xiàn)NaNbO3納米線是一種鐵電相，其空間

4、群為Pmc21，而NaNbO3微米立方體是一種反鐵電相，空間群為Pbma。
　　利用壓電力顯微鏡(PFM)對NaNbO3納米線的壓電、鐵電性質進行表征，證明了納米線具有壓電響應并檢測到了納米線的鐵電回線，證明了其具有鐵電性，從而進一步驗證了鈮酸鈉納米線的鐵電結構。對兩種不同的晶體結構，利用第一性原理的方法計算了兩種結構的態(tài)密度和能帶，發(fā)現(xiàn)晶體結構的不同并沒有造成態(tài)密度和能帶結構的很大差別。但兩種結構的帶隙類型不同，Pmc21晶型具

5、有直接帶隙，而Pbma晶型的帶隙則為間接帶隙。
　　利用兩步水熱法制備了KNbO3一維納米結構。第一步水熱制備出含鈮的透明溶液，然后加入濃堿析出前驅體沉淀再進行第二步水熱使前驅體實現(xiàn)晶化。實驗證明在第二步反應過程中，首先會生成一種亞穩(wěn)相結構，而后隨著反應時間的延長，這種亞穩(wěn)相會最終轉變成鈮酸鉀。同樣利用壓電力顯微鏡(PFM)對鈮酸鉀納米線的壓電性質進行檢測，結果證明鈮酸鉀納米線具有較強的壓電響應。壓電振幅與交流驅動電壓具有較好的線