研究目的
研究在氮气中烧结的(1?x)SrTiO3-xCe0.95Zr0.05O2复合陶瓷的晶体化学结构、带隙-晶粒结构及介电性能。
研究成果
研究得出结论:(Sr,Ce,Zr)TiO3陶瓷呈现四方结构且无铁电相,其介电异常源于缺陷偶极子与氧空位。带隙能量随Ce含量变化,并受晶粒尺寸和八面体倾斜的影响。该研究揭示了缺陷在介电行为中的作用,为通过缺陷工程改善材料性能的未来研究提供了思路。
研究不足
该研究仅限于特定成分(x=0.0、0.3、0.4)和氮气气氛烧结;结果可能不适用于其他条件或材料。潜在的优化方向包括探索更广泛的成分范围及不同烧结气氛。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用混合氧化物法合成材料,在氮气氛围中烧结以探究其对晶体结构、带隙和介电性能的影响。理论模型包括用于结构分析的Rietveld精修法和用于带隙计算的Kubelka-Munk函数。
2:样品选择与数据来源:
样品制备采用x=0.0、0.3和0.4的组分,使用高纯度原料粉末(SrCO3、ZrO、CeO2、TiO2)。数据采集自XRD、SEM、XPS、拉曼光谱、UV-VIS-NIR光谱、介电测量和铁电回线分析。
3:3和4的组分,使用高纯度原料粉末(SrCOZrO、CeOTiO2)。数据采集自XRD、SEM、XPS、拉曼光谱、UV-VIS-NIR光谱、介电测量和铁电回线分析。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备包括X射线衍射仪(Shimadzu-7000)、FEI-SEM Sirion-200场发射扫描电子显微镜、XPS(Shimadzu, AXIS-Ultra)、拉曼散射光谱仪(Horiba Jobin Yvon Lab RAM HR800)、UV-VIS-NIR分光光度计(Perkin Elmer Lambda 1050)、阻抗分析仪(Agilent 4294A)、高温系统(VDMS-2000)和铁电回线测量系统(RT66 B, Radiant Technologies)。材料包括SrCO3、ZrO、CeO2、TiO2(99.99%纯度)、PVA粘合剂及烧结用氮气。
4:0)、FEI-SEM Sirion-200场发射扫描电子显微镜、XPS(Shimadzu, AXIS-Ultra)、拉曼散射光谱仪(Horiba Jobin Yvon Lab RAM HR800)、UV-VIS-NIR分光光度计(Perkin Elmer Lambda 1050)、阻抗分析仪(Agilent 4294A)、高温系统(VDMS-2000)和铁电回线测量系统(RT66 B, Radiant Technologies)。材料包括SrCOZrO、CeOTiO2(99%纯度)、PVA粘合剂及烧结用氮气。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:粉末经称重、球磨、1200°C煅烧10小时、再球磨、过筛、压片后,在1300°C氮气氛围中烧结3小时。通过XRD进行结构分析,SEM观察晶粒结构,XPS进行化学分析,UV-VIS-NIR测定带隙,阻抗分析仪和拉曼光谱测试介电性能,Sawyer-Tower电路测量铁电性能。
5:数据分析方法:
采用GSAS软件分析晶格参数,Image pro plus和Nano Measurer计算晶粒尺寸,Kubelka-Munk函数计算带隙,Arrhenius方程分析导电性中的活化能。
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X-ray diffractometer
Shimadzu-7000
Shimadzu
Used for structural analysis via X-ray diffraction to examine crystal structure of ceramics.
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Field emission scanning electron microscopy
FEI-SEM Sirion-200
FEI
Used to study grain structure and microstructure of the ceramics.
-
X-ray photoelectron spectroscopy
AXIS-Ultra
Shimadzu
Used for chemical structure analysis to understand electronic and surface environments.
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UV-VIS-NIR spectrophotometer
Lambda 1050
Perkin Elmer
Used to calculate optical band gap via diffused reflectance spectroscopy.
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Impedance analyzer
Agilent 4294A
Agilent
Used for temperature-dependent dielectric and loss measurements.
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Ferroelectric loop measurement system
RT66 B
Radiant Technologies
Used for recording polarization hysteresis loops at room temperature.
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Raman scattering spectroscopy
Lab RAM HR800
Horiba Jobin Yvon
Used to confirm relaxor-like dielectric behavior via composition-dependent analysis.
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High temperature system
VDMS-2000
Partulab
Used for dielectric measurements in the temperature range 0°C to 450°C.
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