2015镧掺杂钛酸钡的制备与性能研究-开题报告定稿(孟庆云)

1伊犁师范学院本科生毕业论文(设计)开题报告论文题目：镧掺杂钛酸钡的制备以及性能研究学生姓名：孟庆云专业：化学学号：08070301032指导教师：何晓燕开题报告时间：2012年3月5日2填表说明和要求1、开题报告作为毕业论文（设计）答辩小组对学生答辩资格审查的主要依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，学生在毕业论文（设计）工作前期内完成，经指导教师签署意见，同意后生效。2、学生阅读论文、资料的篇数一般不少于10篇。开题报告中应包括文献综述、选题依据、可行性分析及预期成果，字数不少于2000字。此表一式一份，随同学生毕业（设计）论文一起由各系存档。3一、文献阅读序号作者文章题目（书目）期刊名称（出版单位）、时间［1］.赵雪松，李峻青，景晓燕等。纳米钛酸钡制备方法研究进展［J］。传感器与微系统。2007.26(12)1-4.［2］.ki-deukMin,JongwonLee,TaekYeongLee,etalInfluencesofparticlesizeuponroomtemperaturestructureofBaTiO3thinonp-Sisubsrates［J］.JMaterSci:MaterElectron,2008.19,85.90［3］.BoLi,ShurenZhang,XiaohuaZhou,etalPreparationofBaTiO3-basedceramicsbynanocompositedopingprocess［J］JMaterSci,2007,42:2090-2096［4］.Sung-SooRyu,Dang-HyokYoon.Solid-statesynthesisofnano-sizedBaTiO3powderwithHightetragonality［J］,JMaterSci,2007,42:7093-7099［5］.VladimirPetrovsky,TatianaPetrovsky,SwethaKamlapurkar,etalDielectricConstantOfBariumTitanatePowderNearCurieTemperature［J］.JAmCeramSoc,2008,91(11)3590-3592［6］.肖长江，勒常青，邹文俊.纳米钛酸钡陶瓷的特殊烧结方法和新颖特性的研究进展［J］.材料导报.2007,21:11-13［7］.张琦.BaTi2-xZrxO5的制备与稳定型的研究[A].大连交通大学硕士学位论文.2010:6［8］.陈文宇.电子陶瓷用优质钛酸钡粉体的研究[A].太原理工大学硕士学位论文.2004:8［9］.赵海燕.钛酸钡系电子陶瓷的制备及电学性质[A].河北师范大学硕士学位论文。2002:10[10].Tang.X.G,Chew.K.H,Chan.H.L.W.DiffusephasetransitionanddielectrictenabilityofBa(ZryTi1-y)O3relaxorferroelectricceramics.ActaMaterialia,52(2004):5177-5183.[11].曲远方.功能陶瓷及应用[M].北京：化学工业出版社,2005.［12］.PHansen,DHennings&HSchreinemacher.Dielectricpropertiesofacceptor-doped(Ba,Ca)(Ti,Zr)O3ceramice[J].JournalofElectroceramics,1998,(2):85~94[13].郭炜,李玲霞,吴霞宛,等.稀土掺杂对细晶BaTiO3系统耐压及介电性能的影响[J].中国稀土学报,2003,21(2):209-213.[14].H.Saito,H.Chazono,H.Kishi.JPn.APPI.Phy,1991,30:2307-2310.[15].Nakano.Y,Hitomi.A,Nomura.T.Ceram.Trans.1993,32:119-123.［16］.翟学良,赵海燕,刘洪杰.掺杂对钛酸钡性质的影响［J］.无机盐工业.2001-11,33（6）20-22［17］.LuD.-Y.Microstruturalanddielectriccharacterizationofrare-earth-element-dopedbariumtitanateceramics[D].GraduteSchoolofScienceandEngineering，YamagateUniversity，2005，3.［18］.SomnathC.Roy，M.C.Bhatnagar,G.L.Sharmaetal.Effectofpre-sinteringtemperatureon4dielectricpropertiesof(Ba0.5Sr0.5)TiO3thinfilmsdepositedbysol-geltechenique[J].CeramicInternational，2004，30:2283-2287.［19］.潘春跃，王开毅..水热法制备超细钛酸钡[J]..中国有色金属学报,1995，5(2):51-54.［20］.陈华强，蔡伟，符春林，陈晓勇，周妮妮。锆钛酸钡粉体制备的研究进展［J］，无机盐工业.2009，11:5-75二、开题报告一、文献综述1．1钛酸钡粉体的应用与结构钛酸钡是电子陶瓷元器件的基础母体原料，被称为电子陶瓷的支柱［１］。钛酸钡类化合物也是一类具有吸波性能的电介质材料，对电磁波能产生磁损耗和介电损耗，以介电损耗为主（主要包括电导损耗、谐振损耗和松弛极化损耗）。由于钛酸钡类化合物可以吸收电磁波，因此也可用于制备隐形材料。随着科技的迅速发展，电子元件朝着高集成度、高精度、高可靠性、多功能和小型化方向的高速发展，对制备满足性能要求的钛酸钡材料提出了更高的要求［2-６］。这就需要我们不断地研究并改变其性能，以达到人们的需求。性质是由结构决定的，所以将其结构和性质紧密联系起来，才能更深入地进行研究。据研究，在BaO-TiO2体系中，出现的有十种化合物，分别是BaTiO3，BaTi2O5，BaTi4O9,BaTi5O11,BaTi6O13,Ba2TiO4,Ba2Ti5O12，Ba2Ti9O20,Ba4Ti13O30,Ba6Ti17O40(通式：BaxTiyOx+2y)。从目前材料应用的角度看，BaTiO3的实用价值很大，并且被广泛的应用于电子工业中。BaTiO3共有五种晶型，具有钙钛矿结构。其中、立方相的晶胞随温度的变化会发生畸变，从而衍生出另外四种晶型，即四方相、斜方相、三方相和六方相(应用较少，不作研究)。因此，可以认为立方相是其他四种晶型的母体结构，研究BaTiO3的结构就可以从研究立方相开始。立方相在120℃~1432℃条件下可以稳定存在，当温度超出这个范围时，晶胞就会发生畸变，转化为其他晶型。温度高于1432℃时为六方相；温度为0℃~120℃时为四方相；温度为-90℃~0℃时为斜方相；当温度低于-90℃时为三方相[7]。1.2、钛酸钡粉体的性质钛酸钡（BaTiO3），又称偏钛酸钡，相对分子质量大约为233.19，不溶于盐酸、浓硫酸、氢氟酸甚至稀硝酸，也不溶于水及碱，有毒，熔点大约为1625℃，密度为6.08g/cm3，室温阻率大约为10-10·cm，属于绝缘体，是一种典型的铁电材料。铁电材料的电学性能主要是指其压电性、介电性、热释电性和铁电性，主要的电化学参数有电阻率(或电导率)、介电常数、介电损耗、介电温谱(介电常数随温度的变化)、电频谱（介电常数随频率的变化)等。对钛酸钡的功能性研究一般集中在它的铁电性、介电性以及压电性这几个方面。铁电性就是能够自发极化的特性，具有该特性的晶体就是铁电体，其内部会形成一个个由许多晶胞组成的自发极化方向相同的小区域，称之为电畴，这就是铁电体的主要结构特征之一。(1)BaTiO3的铁电相变在立方相钛酸钡中，晶胞的边长大于O2-和Ti4+的直径之和，处于氧八面体孔隙中的钛离子可以偏离八面体的中心位置在一定的范围内进行振动。由热力学统计规律可知，Ti4+偏离或靠近周围6个O2-的机会是均等的，即对八面体中心位置的平均偏离为零。则立方相BaTiO3不能自发极化，是顺电相。随着温度的降低，Ti4+的热运动也变弱。当冷却到120℃以下时，Ti4+的振动中心则向周6围的6个O2-之一靠近，发生了自发性的离子位移极化(取其位移方向为c轴)，Ti4+靠近的O2-的原子核和电子云也随之偏离了原来的平衡位置，发生了电子位移极化，继而又引发Ti4+的电子位移极化，形成了很大强度的自发极化，转化为铁电相[8]（2）BaTiO3的电畴结构当BaTiO3冷却至120℃以下，从立方相转变为四方相时，相互邻近的晶胞会步调一致地沿着原来某个晶轴方向进行自发极化，从而形成电畴(Domain)，电畴之间的界面是畴壁(Domainwall)。在四方相钛酸钡单晶中，所有电畴的自发极化方向只有三个，分别与晶胞的三个晶轴方向相对应，因而相邻电畴的自发极化方向只会相交成180°或90°，即只有180°畴壁和90°畴壁。实际观测表明，90°畴壁两边的电畴方向通常是首尾相接的，这种排列对应于能量的较低状态。电场在畴壁上的变化是连续的，不会有空间电荷在畴壁上集结。晶胞不是均匀极化而是产生电畴结构，可以从能量最低的角度来解释，总自由能取极小值的条件决定了电畴的稳定构型。(3)BaTiO3的损耗钛酸钡并不是理想的电介质，传导电流导致了电导耗损，极化中的偶极子转向极化、热离子松弛极化和界面极化在交变电磁场中产生松弛，也会消耗电磁能，形成松弛极化损耗。原子、离子、电子的振动与外界交变电场所产生的共振效应也将耗散能量，对于一般频率的交变电场是不会发生的。在实际应用中，钛酸钡属于绝缘体范围，电导损耗非常小；而松弛极化占据总极化的比例不足4%，所以极化松弛损耗也不大。[9]1.3、掺杂对钛酸钡结构与性能的影响随着社会的发展,对钛酸钡材料提出了高性能、可靠性、专用化的要求。传统的制备方法和配方,已不能满足新技术领域的需求。为了制造出高质量的材料以满足科技与工业的日益发展,其关键之一就是要实现纳米粉末原料的超细超纯和均匀化。据有关材料显示，纯BaTiO3存在三个相转变温度（-80℃,0℃,120℃），温度不同时介电性能变化很大。而经过掺杂改性的钛酸钡原料可以控制其微观结构，来提高介电常数并改善其介温稳定性，以满足电容器的应用要求[10]。除此之外,近些年来科研工作者对材料的掺杂进行研究,形成了以钛酸盐为基础的掺杂固溶体电子陶瓷材料,通过改善其组织、显微结构,来改变其性能,目前这方面的研究非常广泛。本文将对掺杂钛酸钡的制备方法、杂质对钛酸钡性能的影响等方面进行研究。掺杂改性[11]是指随着加入物固溶到BaTiO3晶格中，使BaTiO3的性质逐渐发生变化。有些加入物，由于离子半径相差较大或者相应离子的电价不同等原因，在BaTiO3中得到固溶极限较小的添加物往往使BaTiO3以及BaTiO3基陶瓷的性质发生更为显著的变化，通常将这种加入物称为掺杂改性加入物。掺杂一般可分为等价离子掺杂与不等价离子掺杂，等价离子掺杂是指掺杂离子取代相同价态的离子，例如Ba、Sr为同族元素,Ba2+和Sr2+具有相似的核外电子排布结构,所以Sr掺杂的钛酸钡引起了人们极大的关注。不等价离子掺杂是指掺杂离子取代与之价态不相同的离子,一般分为受主掺杂和施主掺杂，一般来说,半径较大、价态较低的离子进入(Ba)位;而半径较小、价态较高离子进入(Ti)位。而对于+3价的稀土离子来说,究竟是取代Ba2+,还是取代Ti4+,是由杂质的掺入量和离子半径两个因素共同决定的。7不等价离子掺入钛酸钡钙钛矿结构的晶格中会导致介电与铁电性质的显著变化。如由于受主离子的存在,就需要氧空位来补偿正电荷的不足,而受主离子复合物会产生弹性电偶极子,从而对钛酸钡的介电与铁电性质有很大的影响[12]。目前,对掺杂钛酸钡的介电弛豫现象、铁电相变和电学性质已作了广泛的研