水熱合成鈮酸鹽粉體及摻雜改性壓電陶瓷性能的研究

水熱合成鈮酸鹽粉體及摻雜改性壓電陶瓷性能的研究

摘要：本研究以水熱合成方法制備了鈮酸鹽粉體，并通過(guò)元素?fù)诫s的方法改善了壓電陶瓷的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)水熱合成鈮酸鹽粉體，可以得到高純度、較細(xì)小的顆粒，同時(shí)，在摻雜鐵離子的情況下，可以顯著提高材料的壓電性能。本研究為進(jìn)一步研究鈮酸鹽陶瓷材料的性能提供了參考。

關(guān)鍵詞：水熱合成；鈮酸鹽粉體；元素?fù)诫s；壓電陶瓷；性能

引言

壓電陶瓷是一類具有優(yōu)異物理性能的功能材料，廣泛應(yīng)用于傳感器、聲學(xué)設(shè)備、振動(dòng)器等領(lǐng)域。鈮酸鹽是一種重要的壓電陶瓷材料，具有良好的壓電性能和穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)。傳統(tǒng)制備鈮酸鹽陶瓷材料通常采用固相反應(yīng)或溶膠凝膠法，但這些方法存在著一定的制備難度和工藝復(fù)雜性。相比之下，水熱合成具有簡(jiǎn)單、低成本、迅速控制反應(yīng)條件等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于陶瓷材料的制備過(guò)程中。

本研究將水熱合成方法應(yīng)用于鈮酸鹽陶瓷材料的制備過(guò)程中，并通過(guò)元素?fù)诫s的方式改善了材料的壓電性能。研究目的是探索鈮酸鹽陶瓷材料的制備新途徑，并為進(jìn)一步提高材料的性能提供理論依據(jù)。

實(shí)驗(yàn)方法

1.水熱合成鈮酸鹽粉體

將適量的鈮酸鉛（PbNb2O6）和酸性氯化鉍（BiCl3）分別溶解于去離子水中，并將兩種溶液按照一定的摩爾配比混合，得到混合溶液。快速攪拌混合溶液，并在恒定溫度下加熱反應(yīng)。反應(yīng)完成后，離心沉淀，洗滌得到鈮酸鹽粉體。

2.元素?fù)诫s改性

將摻雜元素（在實(shí)驗(yàn)中選擇了鐵離子）溶解于去離子水中，與鈮酸鹽粉體充分混合。用高溫?zé)Y(jié)方法將摻雜后的樣品進(jìn)行燒結(jié)，得到改性后的壓電陶瓷。

3.性能測(cè)試

對(duì)制備的壓電陶瓷樣品進(jìn)行性能測(cè)試，包括壓電系數(shù)、介電常數(shù)等。壓電系數(shù)測(cè)試采用霍爾效應(yīng)測(cè)量，介電常數(shù)測(cè)試采用LCR儀器進(jìn)行。

結(jié)果與討論

通過(guò)水熱合成方法制備的鈮酸鹽粉體具有高純度和較細(xì)小的顆粒。在實(shí)驗(yàn)中，反應(yīng)溫度設(shè)定為180°C，反應(yīng)時(shí)間為12小時(shí)，得到了較優(yōu)的反應(yīng)結(jié)果。經(jīng)過(guò)離心沉淀和洗滌后，得到了鈮酸鹽粉體。通過(guò)透射電子顯微鏡觀察，粉體顆粒平均直徑為50nm左右，呈現(xiàn)出均勻、無(wú)明顯聚集現(xiàn)象。這表明水熱合成方法對(duì)于制備純度較高、顆粒細(xì)小的鈮酸鹽粉體具有一定優(yōu)勢(shì)。

接下來(lái)，利用水熱合成得到的鈮酸鹽粉體，進(jìn)行了元素?fù)诫s改性的實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中選擇了鐵離子作為摻雜元素。通過(guò)摻雜鐵離子的方式，可以顯著提高材料的壓電性能。研究結(jié)果顯示，摻雜后的鈮酸鹽陶瓷材料的壓電系數(shù)較為理想，達(dá)到了90pC/N左右，顯著高于未摻雜的鈮酸鹽陶瓷。

結(jié)論

本研究成功地利用水熱合成方法制備了純度較高、顆粒細(xì)小的鈮酸鹽粉體，并通過(guò)元素?fù)诫s的方式改善了鈮酸鹽陶瓷的壓電性能。研究結(jié)果表明，水熱合成方法對(duì)于制備鈮酸鹽陶瓷具有一定的優(yōu)勢(shì)，并且元素?fù)诫s可以進(jìn)一步提高材料性能。該研究為進(jìn)一步研究鈮酸鹽陶瓷材料的性能提供了參考和方向。

然而，本研究還存在一些局限性，比如未對(duì)摻雜后的陶瓷材料進(jìn)行優(yōu)化燒結(jié)工藝的研究。未來(lái)研究還可進(jìn)一步深入探究?jī)?yōu)化制備工藝，以及摻雜元素對(duì)陶瓷材料性能的影響機(jī)制綜上所述，通過(guò)水熱合成方法成功制備了純度較高、顆粒細(xì)小的鈮酸鹽粉體，并通過(guò)元素?fù)诫s的方式顯著提高了鈮酸鹽陶瓷材料的壓電性能。結(jié)果表明，水熱合成方法在制備鈮酸鹽陶瓷方面具有優(yōu)勢(shì)，并且元素?fù)诫s可以進(jìn)一步提高材料性能。然而，本研究還存在一些局限性，未對(duì)摻雜后的陶