PZT壓電陶瓷納米晶粉體合成及摻雜改性研究.pdf

1、納米粉體制備和摻雜改性技術(shù)的應(yīng)用為壓電陶瓷材料的性能改進提供了一條新的途徑。本文研究了納米晶PZT粉體的制備和各種添加劑，如La3+、CNTs和γ'-Fe4N對PZT壓電陶瓷物理、介電及壓電性能的影響。 近些年報道了大量均一、純相PZT粉末的化學合成技術(shù)。其中溶膠-凝膠和水熱合成是比較重要的技術(shù)。本文介紹了一種在相對較低的溫度下，利用相對廉價的原料，通過結(jié)合這兩種方法的優(yōu)點合成純相、均一、納米晶PZT粉末的技術(shù)。由此可以制備組成

2、和結(jié)構(gòu)均一的PZT陶瓷。 選取了組成近于MPB的組成Pb(Zr0.52Ti0.48)O3進行研究。利用Pb(NO3)2、Zr(NO3)4·5H2O、Ti(OC4H9)4作為原料，NaOH作為礦化劑，通過DSC/TGA、FT-IR、XRD和SEM對合成粉體進行了分析和表征。PZT相在220℃開始出現(xiàn)，270℃2h合成了純相納米晶PZT粉末。這可以用來在較低的溫度下制備PZT陶瓷，而且其性能可以和傳統(tǒng)方法制備的陶瓷相媲美。納米晶粉末

3、經(jīng)1150℃2h燒結(jié)的PZT陶瓷，平均晶粒尺寸為1.5μm，相對密度達到97.5﹪。壓電常數(shù)d33=220pC/N，介電常數(shù)εT33/ε0=1006，機電耦合系數(shù)kp=0.5，機械品質(zhì)因數(shù)Qm=410。研究表明這種合成方法對合成納米晶PZT粉末是有效的，加之廉價的原料成本，使得此方法具有工業(yè)應(yīng)用價值，也可以應(yīng)用于和PZT相似材料的制備。 討論了La3+摻雜對PZT陶瓷的物理、介電及壓電性能的影響。La3+按如下表達式進行摻雜：P

4、b1-xLax(Zr0.52Ti0.48)1-x/4O3，其中x(摩爾分數(shù))=0.00，0.01，0.02，0.03，0.04，0.05和0.1。La3+的摻雜使得εT33/ε0、kp、d33得到提高，Qm降低。最高值εT33/ε0=4500，kp=0.55，d33=230pC/N，最低值，Qm=70。 討論了CNTs摻雜對PZT陶瓷的物理性能、介電及壓電性能的影響。CNTs的摻雜量(wt.﹪)為0.0，0.1，0.2，0.3，

5、0.4和0.5。CNTs的摻雜使得d33、Qm得到提高，εT33/ε0、kp降低。最高值d33=228pC/N，Qm=520，最低值εT33/ε0=700，kp=0.38。 采用化學氣相法合成了Fe/N多相納米粒子，揭示了合成參數(shù)對產(chǎn)物性質(zhì)的影響，確定了最佳的合成工藝路線。對生成的粒子進行二次氮化，實現(xiàn)了納米粒子的相轉(zhuǎn)移，獲得了均勻單相的γ'-Fe4N納米粒子。分析了粒子的成核與生長機制，對相轉(zhuǎn)移過程給出了合理解釋。初步表征了相

6、轉(zhuǎn)變前后納米粒子的形貌、粒徑、物相、成分特性。 研究了γ'-Fe4N摻雜對PZT陶瓷的物理、介電及壓電性能的影響。對摻雜PZT陶瓷的形貌、物理性能、介電(εT33/ε0)及壓電性能(kp、d33和Qm)進行了研究。γ'-Fe4N的摻雜量(mol.﹪)為0.0，0.1，0.25，0.5，1，2和3。γ'-Fe4N摻雜使得d33、Qm、εT33/ε0、kp均降低，最低值為d33=154pC/N，Qm=356，εT33/ε0=833，