溶剂热法制备PZT粉体及其形貌控制的研究

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近年来,具有压电以及铁电性能的材料由于其在传感器以及换能器的制造方面的应用而受到广泛的关注,在这些材料中,锆钛酸铅(PZT)系列材料以其优越的压电性能而被大量应用于机电系统设备的制造。因此,对高性能PZT基压电陶瓷的研究具有重要的意义。而高性能PZT粉体是制备高性能陶瓷材料的关键所在,本论文尝试通过溶剂热法合成高性能PZT粉体,并使用形貌控制剂(PVA)对其进行形貌控制,主要研究工作和结果如下:   本文采用溶剂热法,以硝酸铅、氧氯化锆、四氯化钛为反应物前躯体,氢氧化钾为矿化剂,成功合成了晶体发育完整、粒径均匀,粒径约为1μm的四方相锆钛酸铅(PZT)粉体。系统研究了反应时间、温度、醇水比、矿化剂浓度、溶剂组成和掺杂对PZT粉体的物相、形貌和粒径的影响,得出以下结论:反应时间、温度、矿化剂浓度的适当提高,都会使得PZT粉体的结晶性提高,晶体发育更加完整;适当的增加乙醇含量较为有利于晶体完整的发育,但是一定比例的水对生成单一的钙钛矿结构的PZT粉体起了重要作用,为了得到粒径均匀、发育完整的晶体,醇水比采用1∶1较为合适。掺杂可以改变PZT粉体的显微结构,以正丁醇与水的混合液为溶剂会影响晶体的生长取向。   在溶剂热反应的过程中以PVA1750为形貌控制剂,发现在一定的PVA浓度范围(2.1g/L~16.8g/L)内制备的PZT粉体为一维棒体结构。在温度较低的情况下,PVA浓度较低时得到的纳米棒是单分散的;PVA浓度升高后纳米棒呈相互交叉生长状态;当PVA浓度、温度同时都提高时得到的PZT粉体形貌为棒体围绕中心发散生长的簇状结构。结果表明PZT晶粒的形貌与PVA浓度和反应温度有关。
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