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BaxSr1-xTiO3是一种重要的铁电材料,具有较高的介电常数、较低的漏电流和优良的热稳定性,其在微波传输、数据存储和信号处理等领域具有巨大的应用。近年来,随着铁电元器件向尺寸小型化和功能集成化方向迅速地发展,超细BaxSr1-xTiO3颗粒的制备成为了材料研究的热点。超细BaxSr1-xTiO3颗粒的合成方法主要有共沉淀法、溶胶-凝胶法和水热法,虽然现有的方法各具有一定的优势,但仍然存在着粒径分布较宽、原料价格昂贵及反应条件苛刻等缺点,一定程度上限制了超细BaxSr1-xTiO3颗粒的大规模制备和应用。因此,需要探索新的合成方法,以克服现有方法所存在的不足。
本论文以四氯化钛作为钛源,氯化钡、氯化锶分别作为钡源和锶源,加入适量的矿化剂,在超声波作用下,制备出单分散的超细BaxSr1-xTiO3颗粒。系统地研究了反应条件的改变对产物的形貌和物相的影响,探讨了超声化学法合成超细BaxSr1-xTiO3颗粒的合成机理。另外,提出了一种新的制备透射电子显微镜(TEM)试样的方法,并对工艺条件进行了优化。论文得到的主要结果如下:
随着反应溶液中St/(Ba+Sr)摩尔比的增大,颗粒的晶胞参数变小,但是St/((Ba+Sr)摩尔比的改变对超细颗粒的尺寸没有明显的影响。随着初始反应物浓度的增大,由于反应过程中的成核速率增大,晶粒生长受到抑制,产物的晶粒尺寸变小。未经过超声处理的产物为无定形的胶状物质,随着超声时间的延长,产物中BaxSr1-xTiO3颗粒的数量逐渐增多。超细BaxSr1-xTiO3颗粒的合成需要在强碱性溶液中才能进行,在反应结束时溶液中的pH值为12的条件下,合成出的产物中含有一定量的胶状物质,且颗粒形状不规则;随着pH值从12增大到14,颗粒的形貌趋于球形,颗粒周围的胶状物明显减少。对合成的超细BaxSr1-xTiO3颗粒进行一定条件的热处理,有助于Ba(OH)2或Sr(OH)2等反应残留物的分解。
采用复合电镀法,将超细BaxSr1-xTiO3颗粒包埋于Cu基体中,通过打磨、离子减薄等步骤制备TEM试样,可以得到清晰的HRTEM像。讨论了超细球形BaxSr1-xTiO3颗粒的声化学形成机理,TiO2·nH2O胶状物在超声波的作用下转变为大量的胶体颗粒,Ba2+和Sr2+通过向胶体颗粒内部扩散参与反应,形成超细BaxSr1-xTiO3颗粒。根据以上所述的BaxSr1-xTiO3颗粒的声化学合成过程,可以认为,整个合成过程符合原位转变机理。