發(fā)布時(shí)間：2020-12-14 02:33

　　壓電材料在土木工程中具有廣泛應(yīng)用,既可通過正壓電效應(yīng)發(fā)揮感知與能量收集功能,使無源結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建成為可能;也可以通過負(fù)壓電效應(yīng)控制壓電體形變,實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)的主動(dòng)控制。土木工程中常用的壓電材料為鋯鈦酸鉛,然而這類鉛基材料對(duì)環(huán)境污染大,目前已成為歐盟國(guó)家逐漸要取締的材料。因此開發(fā)高性能無鉛壓電陶瓷及其復(fù)合材料勢(shì)在必行。鈦酸鋇具有較高的壓電系數(shù),無毒無污染,逐漸回歸為壓電材料的研究的熱點(diǎn)。水熱法合成鈦酸鋇具有諸多優(yōu)勢(shì),但其產(chǎn)物中具有較多的氫氧根和鋇離子缺陷。同時(shí),關(guān)于水熱轉(zhuǎn)化的機(jī)理眾說紛紜,暫無定論,無法為高性能鈦酸鋇的合成提供理論指導(dǎo)。復(fù)雜前驅(qū)體的應(yīng)用在一定程度上改善了鈦酸鋇的表現(xiàn),但成本較高。針對(duì)以上問題,本文以二氧化鈦為原料,通過對(duì)水熱合成過程中制備條件的控制,運(yùn)用多種表征手段,合成了尺寸分布范圍窄,分散性好,形貌均一的鈦酸鋇顆粒,揭示了低濃度前驅(qū)體誘導(dǎo)的兩步轉(zhuǎn)化生成鈦酸鋇的新過程,發(fā)現(xiàn)了氧化石墨烯的新作用,確定了一種新型鋇-鈦-氧納米線單晶結(jié)構(gòu)。課題主要包括以下四個(gè)方面:（1）對(duì)水熱條件及其影響進(jìn)行研究:通過控制Ti O2用量、反應(yīng)時(shí)間、堿的濃度等,研究水熱條件的變化對(duì)鈦酸鋇形貌和... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

鈦酸鋇介電常數(shù)、晶體結(jié)構(gòu)隨溫度關(guān)系圖[7]

域）逐漸消失，體系自由能增加。鈦酸鋇是最早發(fā)現(xiàn)的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電體，其居里溫度在早期一直被認(rèn)為是120℃[9]，1958年T.L用由TiCl4提純后的TiO2制備鈦酸鋇，發(fā)現(xiàn)在130℃附近有尖銳的介電峰（鐵電體在居里溫度附近會(huì)出現(xiàn)介電反�，F(xiàn)象：介電常數(shù)突增驟降），懷疑居里溫度可能會(huì)改變。1964年他在MIT向Smakula教授請(qǐng)教該實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，Smakula解釋說是因?yàn)門iO2用TiCl4提純后，前驅(qū)體中鈦元素含量增加，從而導(dǎo)致的誤差，而現(xiàn)代研究認(rèn)為晶粒尺寸是導(dǎo)致居里溫度變化的主要原因，粒徑大于1μm時(shí)BaTiO3的居里溫度為130℃[10]。圖1.2介電、壓電、熱釋電、鐵電體關(guān)系[11]由圖1.2可知鐵電體都具有壓電性，而壓電材料不一定具有鐵電性。壓電晶體受到外力產(chǎn)生形變時(shí)，在其表面會(huì)產(chǎn)生與外力成線性變化的電荷積累（機(jī)械能與電能的相互轉(zhuǎn)化），這種機(jī)電耦合效應(yīng)在柔性能量收集與信號(hào)感知傳遞裝置方面的應(yīng)用吸引了廣泛關(guān)注。Jeong[12]等利用兩步水熱法制備的鈦酸鋇柔性復(fù)合材料在

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-5-人體關(guān)節(jié)彎曲的微變形運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生了2-6V電壓，最大接收電壓為14V且經(jīng)歷104以上次循環(huán)，電信號(hào)沒有衰退的現(xiàn)象，證明了壓電柔性自集能裝置的高效性、穩(wěn)定性。表1.1鈦酸鋇的性能與應(yīng)用領(lǐng)域鈦酸鋇性能應(yīng)用領(lǐng)域介電性MLCC等電容器、絕緣材料、電容式能量存儲(chǔ)器壓電性壓電式能量收集器、壓電傳感器、超聲儀器熱電性熱敏電阻鐵電性鐵電存儲(chǔ)器、調(diào)頻器居里點(diǎn)與鈦酸鋇晶體的諸多性能密切相關(guān)，由介電反�，F(xiàn)象可以發(fā)現(xiàn)此時(shí)介電性能最強(qiáng)。Harigai[13]等實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)BaTiO3/SrTiO3多層結(jié)構(gòu)界面處產(chǎn)生的應(yīng)力極大增強(qiáng)了材料的介電性能，四方相向立方相轉(zhuǎn)化時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力是介電增強(qiáng)的主要原因。水熱法有時(shí)會(huì)降低鈦酸鋇產(chǎn)物的居里溫度，降低溫度穩(wěn)定性。唐甲[14]等發(fā)現(xiàn)200℃水熱24h后產(chǎn)物的居里溫度約為115℃。樣品的尺寸對(duì)其鐵電、壓電、介電性能影響較大。Adam[15]等通過系列實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鈦酸鋇納米顆粒的介電常數(shù)從94±65（粒徑10nm）逐漸增加到1400±813（758nm）。Polotai[16]等發(fā)現(xiàn)小粒徑的鈦酸鋇偏向于形成順電立方相結(jié)構(gòu)，粒徑較大時(shí)偏向于鐵電四方相。圖1.3鈦酸鋇尺寸效應(yīng)與相變關(guān)系[16]晶型與鈦酸鋇性能聯(lián)系密切，鐵電四方相的非對(duì)稱性會(huì)導(dǎo)致其介電常數(shù)遠(yuǎn)高于順電立方相[17]。Zhu[18]等同時(shí)發(fā)現(xiàn)除了更高的介電常數(shù)外，水熱合成的四方相粉體比立方相擁有更好的燒結(jié)性能、更高的密度。Dutta[19]等認(rèn)為晶格內(nèi)OH-雜質(zhì)導(dǎo)致缺陷和微應(yīng)力使生成立方顆粒，同時(shí)發(fā)現(xiàn)鹵素鋇鹽使四方相成分更高。


本文編號(hào)：2915639