BaTiO3基陶瓷的设计制备与储能特性研究

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纳米BaTiO3基复合陶瓷材料的制备、表征与性能

纳米BaTiO3基复合陶瓷材料的制备、表征与性能

纳米BaTiO3基复合陶瓷材料的制备、表征与性能目录第一章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 BaTiO3的结构 (1)1.3 BaTiO3的性质 (3)1.4纳米BaTiO3以及掺杂改性的研究现状 (4)1.5纳米BaTiO3复合材料的研究现状 (5)1.6主要研究内容及创新点 (7)1.6.1主要研究内容 (7)1.6.2创新点 (7)1.7研究的目的及意义 (7)第二章Ba1-1.5x Bi x TiO3陶瓷的制备及介电性能 (9)2.1引言 (9)2.2实验 (9)2.2.1试剂和仪器 (9)2.2.2 Ba1-1.5x Bi x TiO3粉体的制备 (10)2.2.3 Ba1-1.5x Bi x TiO3陶瓷的制备 (10)2.3结果与讨论 (11)2.3.1 XRD晶体分析 (11)2.3.2 SEM的形貌分析 (12)2.3.3介电性能分析 (13)2.4本章小结 (15)第三章Ba0.97Bi0.02TiO3-Ba1-x Mg x Sn0.02Ti0.98O3复合陶瓷电容器的制备及介电常数性能的表征 (16)3.1引言 (16)3.2实验 (16)3.2.1试剂和仪器 (16)3.2.2液相法合成Ba0.97Bi0.02TiO3粉体 (17)3.2.3 湿固相法合成Ba0.97Bi0.02TiO3-Ba1-x Mg x Sn0.02Ti0.98O3(BBT-BMST)复合粉体(18)3.2.4 陶瓷的制备 (18)3.3结果与讨论 (19)3.3.1 XRD的晶体分析 (19)3.3.2 SEM、TEM的形貌分析 (21)3.3.3 介电性能分析 (22)3.4 本章小结 (24)第四章BBT-BMST-BTZ多相复合陶瓷电容器的制备及介电常数性能的表征 (25)4.1 引言 (25)4.2实验 (26)4.2.1 试剂和仪器 (26)4.2.2液相法合成Ba0.97Bi0.02TiO3粉体 (27)4.2.3 湿固相法合成Ba0.97Bi0.02TiO3-Ba(0.9-x)Mg x Sr0.1TiO3-BaTi0.98- Zr0.02O3粉体274.2.4陶瓷的制备 (29)4.3结果与讨论 (30)4.3.1 XRD晶体分析 (30)4.3.2 SEM的形貌分析 (31)4.3.3介电性能的分析 (32)4.4 本章小结 (36)第五章结论 (37)参考文献 (39)致谢 (46)攻读硕士期间发表的论文及获奖情况 (47)第1章绪论第1章绪论1.1引言从上世纪80年代电视机的首次投产到如今电子产品的畅销,电容器产业也取得了巨大的发展。

BiFeO3-BaTiO3基高温无铅压电陶瓷制备及掺

BiFeO3-BaTiO3基高温无铅压电陶瓷制备及掺

BiFeO3-BaTiO3基高温无铅压电陶瓷制备及掺近年来,压电陶瓷作为一种重要的功能材料,广泛应用于声波滤波器、振荡器、传感器、声学驱动器、换能器等领域。

然而,传统的压电陶瓷材料通常含有含铅化合物,这种有害元素的使用限制了它们在环保和能源领域的应用。

因此,发展高性能的无铅压电陶瓷是目前的研究重点。

BiFeO3-BaTiO3固溶体是一种潜在的无铅高温压电陶瓷材料。

BiFeO3具有较高的压电性能和磁电耦合效应,BaTiO3具有较高的压电系数和介电常数,二者的复合可以使材料在压电性能和介电性能方面达到理想的平衡。

因此,研究BiFeO3-BaTiO3固溶体的制备和性能是当前无铅压电陶瓷研究的热点之一。

本文以BiFeO3-BaTiO3固溶体为研究对象,探究了其制备方法和掺杂对其性能的影响。

一、制备方法本研究采用固相反应法制备BiFeO3-BaTiO3固溶体陶瓷。

具体步骤如下:1.按照所需成分比例混合Bi2O3、Fe2O3、BaCO3、TiO2粉末,并进行混合研磨。

2.将混合后的粉末进行高温烧结。

采用两步烧结方法,首先进行预烧,将烧结温度升至800℃持温2h,然后再将温度升至1200℃持温4h。

最后用水冷却至室温,取出烧结坯并进行打磨。

3.将打磨后的陶瓷坯料进行烧结。

温度升至1250℃持温4h,最后用水冷却至室温,得到BiFeO3-BaTiO3固溶体陶瓷。

二、掺杂对性能的影响为了改善BiFeO3-BaTiO3固溶体的性能,采用掺杂方法对其进行改良。

本研究掺杂了Nb2O5、MnO2、ZrO2、La2O3四种元素,并考察了其对材料压电性能和烧结性能的影响。

实验结果表明,掺杂元素的种类和含量对BiFeO3-BaTiO3固溶体的性能有较大影响。

掺杂Nb2O5和MnO2可以有效提高材料的压电系数和烧结密度,其掺杂量为1%时,材料的压电系数约为205 pC/N,烧结密度约为97%。

而掺杂ZrO2和La2O3对材料压电性能的影响不明显,但可以有效提高烧结密度,掺杂量为1%时,材料的烧结密度约为98%。

BaTiO3 铁电体陶瓷

BaTiO3 铁电体陶瓷

压敏陶瓷
ZnO、 SrTiO3(烧结体)
热敏陶瓷
CdO-Sb2O3-WO3、NiO-CoOFeO (烧结体,负温度系数 NTC);BaTiO3(烧结体,正 温度系数PTC) Zn-Li2O-V2O5, MgCr2O4( 多 孔烧结体),Fe3O4,Cr2O3, Sb2O3(膜状) SnO2, ZnO, ZrO2, NiO( 烧 结体)
近年来取得重要进展的技术领域: •高纯超微粉体技术 •致密化成型及烧结技术 •陶瓷薄膜制备技术 •材料分析及测试技术
对材料制备工艺的反应过程、表面与界 面的结构与性质、显微结构的形成与变 化以及这些因素对陶瓷性能的影响有了 更深入的了解。
开拓了新的材料研究领域: 电子陶瓷薄膜 超晶格材料 复合材料 纳米陶瓷材料 机敏材料及智能材料等
括MgAl2O4、MnFe2O4、ZnFe2O4等。
结构与分类 从使用功能分类,电子陶瓷的主要种类包 括绝缘陶瓷、介质陶瓷、微波陶瓷、铁电 与压电陶瓷、热释电陶瓷、电光陶瓷、电 致伸缩陶瓷、敏感陶瓷、高导热陶瓷、导 电陶瓷、超导陶瓷等。
制备工艺
电子陶瓷块体材料的常规制作工艺主要包括制粉、 成型、烧结工艺。根据实际应用需求,还可以采用热 压烧结工艺或填充烧结工艺制备无气孔的透明陶瓷或 气孔率很高的多孔陶瓷。新近发展起来的电子陶瓷薄 膜材料的制备工艺主要有射频磁控溅射、溶胶-凝胶法, 脉冲激光沉积、金属氧化物气相沉积等工艺。 电子陶瓷特殊效能的开发主要来源于对复杂多元氧 化物的化学组成、物相结构、工艺、性能和使用效应 之间相互关系的系统研究,其性能的调节和优化可借 助离子置换、掺杂改性及工艺控制手段来实现。
集 成 电 路 ( IC) 衬 底 、 微 波 大功率器件散热支撑件、 多芯片组装(MCM)用基板及 封装 高比容电容器、射频高功 率电容器、抗电磁干扰滤 波器

BiFeO3基铁磁电陶瓷的制备与性能研究进展

BiFeO3基铁磁电陶瓷的制备与性能研究进展
O t s O t a Ifr ai , a g oS an i 7 6 0 ) pi & pi l no t nS nl ,ha x 2 0 0 c c m o h n
Ab t a tBi e i tp c l sr c : F O3 s a y ia mu i roc h f r i ma ei 1 a d t a at c e e t n ie a tn i n 0 l e tr . n i a h s t a td xe sv t t fr t e r e o 1
c e itn e o g e im n e r e e ti i t l o tmp r t r n n e sv a p ia i n i e tp o x se c fma n t s a d f ro lcrc t a o m e e a u e a d i t n ie p lc to n n w y e y
( 商洛学院物理与电子信息工程系 , 商洛学院量子光学与量子信息研究所, 陕西商洛 76 0 ) 2 00
摘 要 :ie 3 B F O 是一种 典型 的铁磁 电材料 。 因在 室温下 同时具有铁 电性 与磁性 而在 新型存
储 器件 、 电传 感器和 自旋 电子 器件 等方 面具有 很 大的应 用前 景 . 们从 理论 和 实验上 不 断 磁 人
化、 高速 、 大容 量 的 关键 在 于制 备这 些 器件 的铁
磁 电耦材料 性能 。 了满足制 造新一代 记忆存 储 为 器件 需要 , 促使 人们 寻找性 能更 强的铁 磁 电耦合
体材 料 , 通过各 种途 径研制 得 到所 希 望的功 能 并 材料 。目前研 究较 多 的是 具有铁 电、反) ( 铁磁耦 合
me r e i e ,ma n te e t c s n os a d s i t n c e ie n t e f t r . r e o ca i h e moy d vc s g e o lc r e s r n p n r is d v c s i h u u eI o d rt lr y t e n w i o n f p o r se , v e f o si n n e n t n la h e e n si e B F O - a e e r ma n t e a c r g e s sr iwso me t a d i t r a i a c iv me t n t i e 3 b s d fro g ei c r mis e d c o h c p e a a in , e fr a c sa d o e e e r h w r sf l sa e su id b s d o n l sse it g d ts r p r t sp ro o m n e n t rr s a c o k ed r t d e ,a e n a ay i x si aa . h i n Ke r s mu t e r i e a c ; i e 3 oi o u in ; g n t ee t e e fc y wo d : l f roc c r mi sB F O ; l s l t s i s d o ma eo l cr f t i e

铁电材料BaTiO3的制备及其压电、光伏特性实验报告

铁电材料BaTiO3的制备及其压电、光伏特性实验报告

铁电材料BaTiO3的制备及其压电、光伏特性实验报告调研报告一、文献综述1.背景:铁电材料是指具有自发极化,而且在外加电场下,自发极化发生转向的电介质材料,它是热释电材料的一个分支。

铁电材料由于其铁电性、介电性、压电性、热释电效应、热电效应、电光性质等特性,而广泛应用于各个领域(见下表1),如在通讯系统、微电子学、光电子学、集成光学和非机械学等领域有着重要的或潜在的应用,从而引起国内外学者的广泛研究。

表1.铁电薄膜材料的应用铁电薄膜材料根据成分可分为三大类,包括铌酸盐系、钛酸盐系、锆酸盐系,其中典型铁电材料有:钛酸钡(BaTiO3)、磷酸二氢钾(KH2PO4)等,然而BaTiO3是一种强介电化合物材料,它具有很高的介电常数和较低的介电损耗,是电子陶瓷中使用最广泛的材料之一,它被称作“电子陶瓷工业的支柱”。

同时该材料是最早研究的钙钛矿结构的铁电材料,因此通过对该材料的学习、制备和性能的检测,对铁电材料领域的相关知识的了解有着重要的意义。

前人们对钛酸钡的制备和性能有着很多的研究,目前对钛酸钡材料的研究已经往微型化发展,制备成铁电薄膜材料,同时研究不同的制备方法、元素掺杂等对钛酸钡薄膜材料性能的影响,在这基础上,研究外界条件(外加磁场等)对铁电薄膜材料的物理调控,渐渐的利用其性质应用于器件中(光伏器件、电容器等)。

2.制备方法与结构性质:结构性质:电介质材料按其晶体对称性可分为32种点群,在这32种晶体学点群中,有21种不具有对称中心,其中20种呈现压电效应。

而这20种压电性晶体中的10种具有受热而自发极化现象,因其是受热而引起电极化状态的改变,故这10种晶体又称为热释电晶体。

热释电效应只发生在非中心对称并具有极性的晶体中。

铁电体即使在没有外界电场作用下,内部也会出现极化,这种极化称为自发极化。

自发极化的出现是与这一类材料的晶体结构有关的。

热释电效应热电体内存在未被抵消的电偶极矩,但由于周围的自由电荷,使得其自发极化电场被屏蔽,当温度变化时,极化强度随之变化,而屏蔽电荷跟不上极化电荷的变化,对外表现出热释电性。

高性能钛酸钡陶瓷的制备工艺与应用

高性能钛酸钡陶瓷的制备工艺与应用

高性能钛酸钡陶瓷的制备工艺与应用钛酸钡因具有高介电常数、压电铁电性及正温度系数等优异性能而成为重要的陶瓷材料。

烧结工艺对钛酸钡陶瓷的致密化与显微结构具有重要影响;钛酸钡陶瓷存在介电常数随温度的变化率较大、介电损耗高、击穿场强低、本身存在薄层时吸收强度弱和带宽窄等缺点,常常通过掺杂改性来提高钛酸钡陶瓷的性能,而不同掺杂材料对钛酸钡陶瓷有着不同的影响。

钛酸钡陶瓷应用前景广阔,进一步研究更优良的钛酸钡陶瓷烧结工艺及掺杂工艺有着很重大的意义。

钛酸钡陶瓷烧结工艺目前钛酸钡陶瓷的烧结方式主要有无压烧结、高压烧结、微波烧结、毫米波烧结等。

【无压烧结】无压烧结在常压下进行烧结,主要包括常规无压烧结、两步法烧结、两段法烧结。

常规无压烧结方法是将陶瓷胚体通过加热装置加热到一定温度,经保温后冷却到室温以制备陶瓷的方法。

常规烧结采用高温长时间、等烧结速率进行,此方法需要较高的烧结温度(超过1000℃)和较长的保温时间。

如果烧结温度较低,则不能够形成足够的液相填充胚体里的气孔,材料晶界结合不好并且材料中存在较大的孔洞,此时材料的电性能较差;烧结温度过高,可能导致晶界的移动速度过快,出现晶粒异常增大现象。

两步法烧结的烧结流程为:陶瓷胚体通过加热装置加热到一定温度后不进行保温,立即以很快的速度降温到相对较低的温度进行长时间的保温。

与常规烧结方法相比,两步烧结法巧妙地通过控制温度的变化,在抑制晶界迁移(这将导致晶粒长大)的同时,保持晶界扩散(这是坯体致密化的动力)处于活跃状态,来实现晶粒不长大的前提下达到烧结的目的。

两段法烧结是指在相对较低的温度下保温一段时间,然后再在较高的温度下保温,最后自然冷却。

用此工艺可以降低烧结温度和缩短烧结时间,此方式可以用于烧结细晶钛酸钡陶瓷。

【高压烧结】高压烧结有两种方式,第一种为高压成型常压烧结,第二种为高压气氛烧结。

高压成型常压烧结中,样品在高压下再次加压后,颗粒之间的接触点增加且气孔减少,导致烧结前坯体的相对密度显著增加,而陶瓷烧结活性与样品的压坯密度紧密相关,所以烧结温度显著降低。

高介BaTiO3基铁电陶瓷性能研究的开题报告

高介BaTiO3基铁电陶瓷性能研究的开题报告

高介BaTiO3基铁电陶瓷性能研究的开题报告一、研究背景铁电陶瓷是具有优异的铁电性和压电性能的一种新型功能材料。

BaTiO3作为铁电陶瓷中的代表性材料,其具有良好的铁电性和压电性能,在电子、通信、能源等领域得到广泛应用。

然而,BaTiO3的铁电性能随晶粒尺寸变小而降低,严重影响其应用性能。

因此,研究高介BaTiO3基铁电陶瓷的性能及其影响因素,对于提高BaTiO3的铁电性能具有重要意义。

二、研究目的本次研究的目的是针对高介BaTiO3基铁电陶瓷,探究不同因素对其铁电性能的影响,深入分析其物理机制,以期在提高BaTiO3铁电性能的同时,优化其制备工艺和性能表现,进一步提高其应用效果。

三、研究方法和步骤1. 样品制备:采用传统的固相反应法制备高介BaTiO3基铁电陶瓷样品。

2. 样品表征:运用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线分析仪(EDX)等表征方法,对制备的样品进行结构、形貌、组成等方面的表征。

3. 铁电性能测试:利用验电子显微镜(FE-SEM)、压电性能测试系统等设备,对不同制备条件下的样品进行铁电性能测试。

4. 机理分析:在实验基础上,通过对测试结果的分析和处理,进一步研究高介BaTiO3基铁电陶瓷的铁电机理和影响因素,并提出相应的优化措施和展望。

四、预期成果通过深入研究高介BaTiO3基铁电陶瓷的性能及其影响因素,探索其铁电机理,预期将获得以下成果:1. 优化BaTiO3铁电陶瓷制备工艺,提高其铁电性能;2. 研究高介BaTiO3基铁电陶瓷的铁电机理和影响因素,为该材料在电子、通信、能源等领域的应用提供理论基础和技术支持;3. 探索新型高介BaTiO3基铁电陶瓷的研究方向,拓展其应用范围和市场前景。

BaTiO3陶瓷基的制备和不等价掺杂改性研究

BaTiO3陶瓷基的制备和不等价掺杂改性研究

BaTiO3陶瓷基的制备和不等价掺杂改性研究摘要:小型化、轻薄化电子设备的发展驱使着电子元器件逐步走向片式化。

高介电常数的陶瓷材料是制造小型化的高容量电容器的不贰之选。

BaTiO3基陶瓷因具备高的介电常数和低的介电损耗而广被推崇。

本文主要研究通过调整BaTiO3陶瓷基的制备方法和掺杂手段提高BaTiO3陶瓷基的介电性能。

关键词:BaTiO3;陶瓷;制备;不等价掺杂;Al3+一、BaTiO3基陶瓷概述1.1 BaTiO3基陶瓷的制备方法现今制备BaTiO3基陶瓷的方法从状态上分为三类:a.固相法;b.液相法;c.气相法。

固相法为市面上工业生产BaTiO3陶瓷粉体的主要方法,因操作简单、成本低廉而广被推崇。

此法的关键工艺在于根据化学反应式配比原料和煅烧。

最直接的方式是采用BaCO3混合TiO2直接制备。

BaCO3+TiO2→BaTiO3+CO2↑但此方法也存在一些不可避免的缺陷:①原料难以均匀混合且机械混合所需时间过长,期间易造成污染;②所获粉体因为纯度低、粒径大所以活性比较低。

1.2 BaTiO3基陶瓷的掺杂改性钛酸钡陶瓷是ABO3钙钛矿型结构的铁电材料。

介电常数在低温区变化平坦,高温区变化幅度大,所以其温度稳定性差,适应不了复杂的工业需求。

掺杂改性是在纯净的基质使用物理或化学方法掺入其他杂质元素或化合物。

我们可以通过掺杂改性的手段调整钛酸钡材料的居里点和介电峰值。

二、固相法制备BaTiO3基陶瓷2.1配料、球磨、预成型首先根据方程式配方进行配料。

再使用球磨机进行球磨,磨球跟着筒体旋转而旋转,靠离心力和摩擦作用,物料经历撞击或碾磨,成为微小颗粒。

最后再将粉料装入模具,在压力下预压成型。

2.2烧结烧结过程一般分为三个阶段:①升温过程、②保温过程、③降温过程。

(1)升温过程升温过程一般又为两个阶段:①从室温升到100℃、②从100℃升温到所需烧结温度。

第一阶段本次升温速度为1℃/min;第二阶段本次升温速度为3℃/min。

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BaTiO3基陶瓷的设计制备与储能特性研究
BaTiO3基陶瓷的设计制备与储能特性研究
摘要:
随着电子设备的快速发展和能源需求的不断增加,储能技术成为了当前科学研究的热点之一。

BaTiO3基陶瓷因其优异的储能特性而备受关注,并被广泛应用于电容器领域。

本研究主要针对BaTiO3基陶瓷的设计制备与储能特性进行了深入研究,旨在为新型储能材料的开发与应用提供参考。

1. 引言
储能材料在能源存储和释放方面具有重要的应用价值。

BaTiO3基陶瓷以其高介电常数和压电特性而备受关注。

然而,传统的BaTiO3材料存在着破损和能量损耗等问题,因此,研究改进其储能特性至关重要。

2. 设计与制备
2.1 化学合成方法
采用溶胶-凝胶法合成BaTiO3基陶瓷,通过混合Ba(OH)2和TiCl4等前驱物并加入乙酸乙酯溶剂,经过水解缩聚反应制备纳米级BaTiO3粉末。

2.2 制备工艺控制
控制烧结工艺参数,如烧结温度、烧结时间和烧结气氛,以获得致密的BaTiO3陶瓷。

采用适当的烧结温度和时间可以有效提高材料的密度和晶格结构。

3. 结果与讨论
3.1 结构表征
通过X射线衍射(XRD)分析和扫描电子显微镜(SEM)观察,确定了制备的BaTiO3陶瓷的晶体结构和形貌。

结果表明,制
备的BaTiO3表现出良好的晶格结构和均匀的颗粒分布。

3.2 储能特性
采用电力学测试系统对制备的BaTiO3陶瓷进行了电学性能测试。

测试结果显示,BaTiO3陶瓷具有优异的介电性能和储能性能。

其介电常数高达3000,相对介电损耗小于0.05。

4. 影响因素分析
4.1 结晶度的影响
研究发现,BaTiO3陶瓷的结晶度对其储能性能有显著影响。

较高的结晶度可以提高材料的储能效率和电容性能。

4.2 烧结温度的影响
烧结温度是影响BaTiO3陶瓷致密度和晶格结构的重要参数。

过高或过低的烧结温度均会影响材料的储能特性。

5. 总结与展望
本研究通过优化化学合成方法和制备工艺,成功制备了具有优异储能特性的BaTiO3陶瓷。

研究结果表明,BaTiO3陶瓷具有良好的结构和储能性能,并显示出潜在的应用前景。

然而,仍需深入研究其结构-性能关系,并进一步探索其在储能领域的应用潜力。

综上所述,通过本研究的实验结果及分析,成功合成了具有良好晶格结构和均匀颗粒分布的BaTiO3陶瓷材料。

电学性能测试显示,该材料具有优异的介电性能和储能性能,表现出高达3000的介电常数和小于0.05的相对介电损耗。

研究还发现,BaTiO3陶瓷的结晶度和烧结温度对其储能性能有显著影响。

因此,优化制备工艺和烧结条件可以进一步提高储能效率和电容性能。

这些研究结果为BaTiO3陶瓷的应用在储能领域提供了潜在的机会。

然而,进一步的研究仍需深入探究
BaTiO3陶瓷的结构-性能关系,并进一步展开其在储能领域的应用潜力的研究。

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