钛酸镧

更新时间:2022-08-26 10:57

基本信息:

计算化学数据

1、氢键供体数量:0;2、氢键受体数量:7;3、可旋转化学键数量:0;4、拓扑分子极性表面积(TPSA):7;5、重原子数量:11;6、表面电荷:0。

Ta掺杂钛酸镧陶瓷的铁电和介电性能

采用传统固相反应法制备 La2Ti2-xTaxO7(Ta摩尔分数x=0、0.1、0.2、0.3)陶瓷,对其晶体结构、表面形貌、铁电性能和介电性能进行了研究,实验结果表明,Ta掺 杂 La2Ti2O7 陶瓷,Ta5+ 取代B位的 Ti4+,形成La2Ti2-xTaxO7 固溶体,提高钛酸镧陶瓷的铁电和介电性能,在x=0.2时,La2Ti2-xTaxO7 陶瓷的铁电性能和介电性能达最大值(剩余极化强度 Pr=0.3μC/cm2,介电常数εr=5600)。同时研究发现该陶瓷在高频区性能稳定。

晶体结构

随着Ta掺量的微小变化,其主晶相是A2B2O7 的焦绿石结构,即Ta掺入 La2Ti2O7 陶瓷晶格中形成固溶体。随着Ta掺杂的变化,在 x=0.2时杂峰最少,随着掺杂量的增加杂峰又开始增加,其原因可能是由于掺入的Ta超过了其在陶瓷中的固溶度,多余的Ta没有进入固溶体晶格,而与其他元素形成杂相。

表面形貌

纯La2Ti2O7 陶瓷和掺Ta的 La2Ti2-xTaxO7陶瓷均较致密。与纯 La2Ti2O7 陶瓷 相比,随着Ta量的增加,La2Ti2-xTaxO7 的陶瓷晶粒尺寸总体趋于减小,说明Ta掺入可细化陶瓷的晶粒。同时陶瓷晶粒形状也发生微小变化,纯钛酸镧陶瓷的晶粒形状近似为球状,晶粒尺寸为Φ(1~5)μm,随着掺Ta量的增加,在x=0.2时出现了较多的片状晶粒。

铁电性能

随着掺Ta量的增加,陶瓷的铁电性增强。当x=0.2,电场强度 E=40kV/cm时,样品的剩余极化强度Pr=0.3μC/cm2(可能是测量E不够导致 Pr小),继续增加掺Ta量,铁电性又急剧下降,这可能与Ta掺入使陶瓷晶粒细化而导致极化反转较难有关。

介电性能

随着掺Ta量的增加,La2Ti2-xTaxO7 陶瓷的εr增大,在x=0.2时,增幅减小;在x=0.2和x=0.3时,La2Ti2-xTaxO7 陶瓷的εr非常接近,且在x=0.3时,La2Ti2-xTaxO7 陶瓷的 εr达最大 (εr=5600)。随着掺Ta量得增加,在-25~140℃范围内La2Ti2-xTaxO7 陶瓷的tanδ比纯钛酸镧低,且随着温度增加陶瓷的、tanδ呈增大趋势,但tanδ都不大。

测试频率较小时,随着f增大,陶瓷的εr急剧减小;当 f>100kHz后,εr 随着f变化略有减小,最后慢慢趋于水平。当 x<0.2时,La2Ti2-xTaxO7 陶瓷的室温tanδ随 f增加而减小;当 x≥0.2时,La2Ti2-xTaxO7 陶瓷的室温εr、tanδ随频率增加而变化幅度很小,趋于稳定值。综上说明,Ta掺杂量 x=0.2时,La2Ti2-xTaxO7 陶瓷性能达到最佳,且La2Ti2-xTaxO7 陶瓷适合用在高频工作环境。

钛酸镧氧氮化物粉体的制备与表征

以溶胶 -凝胶法所制备的复合氧化物La2Ti2O7 粉体为前驱体,氨气为氮化剂,制备了LaTiO2N氧氮化物粉体 。采用热重 -差热分析(TG-DTA),X射线(XRD)、紫外 -可见吸收光谱(UV-vis)、氮吸附比表面仪(BET)、透射电镜(TEM)对前驱体氧化物和合成的氧氮化物进行了表征。结果表明:合成的氧化物La2Ti2O7 粉体活性高,在900℃氮化12h可制备出比表面积为13.51m2 /g的 LaTiO2N氧氮化物粉体。随着氮化温度的升高,氧氮化物的紫外 -可见吸收边界有明显的红移,纯相 LaTiO2N的吸收边界为580nm。

粉体制备

将0.02mol钛酸丁酯和0.02mol硝酸镧溶解在0.4mol的乙二醇中,同时加热搅拌的过程中加入0.1mol的柠檬酸 , 在60℃磁力搅拌2h得到透明溶液后升温至130℃继续搅拌12h,形成透明的浅褐色的无沉淀物的凝胶后,置于马弗炉空气气氛中350℃煅烧后得到黑色前驱体粉末。然后在650℃下煅烧2h可以得到La2Ti2O7粉体。将 La2Ti2O7粉体均匀地平铺在刚玉舟中,装入管式气氛炉,先通30min氨气排除炉中的空气。控制氨气流量为0.1~ 0.3L/min,升温至700 ~ 900℃。采用程序升温反应,升温速率为:室温~600℃,10℃/min;600℃以上, 5℃/min。在设定温度下,保温不同时间后,在流动的氨气下,自然冷却至室温,得到钛酸镧的氧氮化物粉体。

表征技术

用 NETZSCHSTA409 PC/PG分析凝胶的差热 -热失重性质,用D/MAX2550型 X射线衍射仪(CuKα,40V,60 mA)对粉体进行物相分析,测定粉体的物相组成。用H-800透射电镜分析氧氮化物的颗粒形貌和颗粒尺寸。用 MicromeriticsInstruments的ASAP2020型自动吸附比表面仪测定粉体的比表面积。用PerkinElmerUVLambda900测定粉体的紫外 -可见光吸收光谱 。

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