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铁酸铋基陶瓷的制备及多铁性研究

铁酸铋基陶瓷的制备及多铁性研究

作者：王戈明中国地质大学

学位级别：硕士

多铁性材料,是指同时具备铁电性(反铁电性)、铁磁性(反铁磁性)和铁弹性中两种或两种以上耦合性质的一类全新材料,在新型存储器件,自旋电子器件和传感元器件等功能材料领域有着广泛的应用前景。钙钛矿结构磁电功能材料铁酸铋(BiFeO3)是... 详细信息

多铁性材料,是指同时具备铁电性(反铁电性)、铁磁性(反铁磁性)和铁弹性中两种或两种以上耦合性质的一类全新材料,在新型存储器件,自旋电子器件和传感元器件等功能材料领域有着广泛的应用前景。钙钛矿结构磁电功能材料铁酸铋(BiFeO3)是目前发现的极少数能在室温下同时存在铁电性(Tc=1100K)和反铁磁性(TN=650K)的单相多铁性材料,具有诱人的应用前景。但BiFeO3,尤其是其陶瓷材料,存在纯相合成难、漏导电流高、磁性微弱、磁电耦合弱等致命缺点,严重制约了它的大规模应用。研究表明,引入新的制备技术、A位稀土元素-B位高价态阳离子或磁性离子掺杂和AB03结构固溶体改性,是提高BiFeO3多铁性能的有效途径。基于以上思路,本文设计了两组实验：(一)以硝酸铋、硝酸铁、硝酸镝等为原料、以柠檬酸为螯合剂,采用新颖的柠檬酸盐—自燃烧法制备了纯BiFeO3、A位稀土掺杂Bi1-xDyxFeO3(x=0.05,0.1,0.15和0.2)陶瓷前驱体并制备相应陶瓷。(二)在柠檬酸盐-自燃烧法成功合成Bi0.9Dy0.1FeO3粉体的基础上,以氧化铋、二氧化锰、二氧化钛等为原料,采用固相反应法制备Bi0.9Dy0.1MnxFe1-xO3 (x=0.05,0.1,0.15,0.2)系列陶瓷和xBi0.9Dy0.1FeO3-(1-x) BaTiO3(x=0.2,0.4,0.5,0.6,0.8)固溶体系。本文运用热重-差热分析、X射线衍射、环境扫描电子显微镜、铁电参数测试仪、振动样品磁强计等仪器表征样品的晶体结构、微结构、铁电性和磁性,系统研究了制备工艺、结构、掺杂效应和性能之间的关系,为BiFeO3基陶瓷材料的应用奠定一定的工艺和理论基础。本文的主要研究内容如下：1.探讨柠檬酸盐—自燃烧法合成BiFeO3前驱体和陶瓷的工艺条件。在理论分析的基础上,通过对比实验,系统研究了前驱体溶液pH值、金属阳离子与柠檬酸的摩尔比、前驱体预烧温度、陶瓷烧结温度对单相BiFeO3的物相、粒径、磁性能、铁电性等性质的影响,并得出最佳工艺参数。2.柠檬酸盐-自燃烧法合成的Dy3+掺杂BiFeO3陶瓷前驱体的室温磁性能得到明显改善。当x=0.1时,样品粒径最小为126nm,饱和磁化强度可达最高值2.2emu/g。深入分析了前驱体粉体磁性能增强的来源,阐明尺寸效应和晶格畸变对粉体磁性的作用机理。3.建立钙钛矿反铁磁模型,探讨A位掺杂增强磁性机理,预测Dy3+掺杂将使BiFeO3获得所有稀土掺杂中最大的饱和磁化强度。A位引入Dy3+掺杂,陶瓷磁性能的增强归结于Dy3+具备稀土元素中最大的|mRe-5.92|值(mRe为稀土元素离子bohr磁子)和晶格畸变。Dy3+、Mn4+共掺杂陶瓷的磁性进一步增强,当Mn4+量达到10%时,Bi0.9Dy0.1Mn0.15Fe0.85O3陶瓷晶格畸变最大(a=5.57 A,c=6.85 A,c/a=1.229),对应有所有陶瓷样品中饱和磁化强度的最高值5.4emu/g。晶体结构的扭曲和可能存在的Fe3+-Mn4+-O-Mn4+-Fe3+超交换作用是共掺BiFeO3陶瓷磁性增强的诱因。4.A位掺杂Dy3+将降低Bi的挥发且导致Fe06八面体的变形;而Mn4+离子B位取代Fe3+,降低了氧缺陷的数量,提高致密度和电阻率,这些都使得Dy3+和Dy3+、Mn4+共掺杂陶瓷的铁电性能比纯相BiFeO3陶瓷有明显改善。5.以0.5Bi0.9Dy0.1FeO3-0.5BaTiO3为研究对象,结合晶体结构分析,探讨了该体系固熔体最佳预烧温度和最佳烧结温度;详细研究了xBi0.9Dy0.1FeO3-(1-x) BaTiO3体系粉体和陶瓷的物相转变和铁电性、磁性之间的关系。相转变范围为x=0.5-0.8之间,所制陶瓷均表现出一定的铁电性,饱和极化强度值随x值增加先增大后减小。当x=0.4时,陶瓷铁电性最好,饱和极化强度为16.4μC/cm2,剩余极化强度为15.2μC/cm2。陶瓷磁性随x增大而递增。

关键词：多铁性材料 BiFeO3基陶瓷 BaTiO3 掺杂效应柠檬酸盐-自燃烧法

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TiO_2改性沥青的实验研究

新型建筑材料 2009年第12期36卷 68-70页

作者：刘奕杨群王戈明同济大学交通运输工程学院上海201804 中国地质大学(武汉)材料科学与化学工程学院湖北武汉430074

制备了不同TiO2含量的光催化SBS改性沥青样品,应用环境扫描电镜技术研究了样品的微观形貌,分析了分散剂对TiO2均匀性的影响,制得了TiO2颗粒均一、分散性好的光催化沥青材料。在此基础上,系统探讨了TiO2的含量与原样沥青针入度、延度和... 详细信息

制备了不同TiO2含量的光催化SBS改性沥青样品,应用环境扫描电镜技术研究了样品的微观形貌,分析了分散剂对TiO2均匀性的影响,制得了TiO2颗粒均一、分散性好的光催化沥青材料。在此基础上,系统探讨了TiO2的含量与原样沥青针入度、延度和软化点三大本征性能以及抗老化性能的关系。研究表明,添加含4%TiO2的光催化沥青,不仅能保持原样沥青的使用性能,同时也增强了原样沥青的抗老化性能。

关键词： TiO2光催化沥青本征性能抗老化性能

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煅烧高岭土表面改性及其在EPDM中的应用

非金属矿 2010年第1期33卷 36-38,51页

作者：朱平平王戈明河南省水文地质工程地质勘察院河南郑州450000 中国地质大学材料科学与化学工程学院湖北武汉430074

通过使用两种硅烷偶联剂(A-151、A-171)对煅烧高岭土进行表面改性,研究改性剂用量、改性温度、改性时间、助剂用量对改性效果即活化指数的影响。通过筛选得出两种改性试验的最优结果均为:偶联剂添加量2%,改性温度80℃,改性时间30min、... 详细信息

通过使用两种硅烷偶联剂(A-151、A-171)对煅烧高岭土进行表面改性,研究改性剂用量、改性温度、改性时间、助剂用量对改性效果即活化指数的影响。通过筛选得出两种改性试验的最优结果均为:偶联剂添加量2%,改性温度80℃,改性时间30min、不添加助剂乙醇,活化指数分别可以达到99.58%和99.43%。并将改性后的高岭土作为填料填充到EPDM中,效果要优于高岭土,显著增强了EPDM复合材料的力学性能。

关键词：高岭土表面改性三元乙丙橡胶

Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3陶瓷介电性能的实验研究

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中国陶瓷 2010年第4期46卷 47-50,55页

作者：赵俊严春杰王戈明中国地质大学材料科学与化学工程学院武汉430074

采用柠檬酸盐-自燃烧法制备Na0.5Bi0.5TiO3无铅压电陶瓷,系统地研究了制备工艺条件对陶瓷性能和结构的影响。柠檬酸浓度、溶液pH值、烧结温度制度对陶瓷的压电性能有很大的影响。当柠檬酸浓度C=9%,pH=8.5,烧结温度为1130℃时,陶瓷具备... 详细信息

采用柠檬酸盐-自燃烧法制备Na0.5Bi0.5TiO3无铅压电陶瓷,系统地研究了制备工艺条件对陶瓷性能和结构的影响。柠檬酸浓度、溶液pH值、烧结温度制度对陶瓷的压电性能有很大的影响。当柠檬酸浓度C=9%,pH=8.5,烧结温度为1130℃时,陶瓷具备最大的压电常数,d33可达71.2pc/n。1130℃烧结陶瓷的XRD表明,陶瓷已形成单一钙钛矿结构的钛酸铋钠主晶相。

关键词： Na0.5Bi0.5TiO3 柠檬酸盐法压电常数显微结构晶体结构

TiO_2-硅藻土复合光催化剂的制备及其对有机染料的降解

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中国粉体技术 2010年第5期16卷 76-78页

作者：朱平平王戈明河南省水文地质工程地质勘察院河南郑州450045 中国地质大学材料科学与化学工程学院湖北武汉430074

为探索用于染料废水处理的新型矿物材料光催化染料复合剂的合成和效果,采用硅藻土表面包覆TiO2,制备TiO2-硅藻土纳米复合光催化剂,研究不同TiO2包覆量、煅烧温度、干燥温度、催化剂用量因素对复合光催化剂降解次甲基蓝效果的影响。结果... 详细信息

为探索用于染料废水处理的新型矿物材料光催化染料复合剂的合成和效果,采用硅藻土表面包覆TiO2,制备TiO2-硅藻土纳米复合光催化剂,研究不同TiO2包覆量、煅烧温度、干燥温度、催化剂用量因素对复合光催化剂降解次甲基蓝效果的影响。结果表明:复合光催化剂的最佳合成条件为:煅烧温度500℃,干燥温度70℃,TiO2包覆量为25%,复合光催化剂处理次甲基蓝用量1g/L。所制备纳米级TiO2-硅藻土纳米复合光催化剂对次甲基蓝的脱色率可达90%。

关键词：硅藻土光催化降解

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镓掺杂对二氧化钛薄膜光吸收性能的影响

人工晶体学报 2016年第8期45卷 2156-2159页

作者：邓泉荣李义奇陈恋王升高王戈明武汉工程大学材料科学与工程学院湖北省等离子体化学与新材料重点实验室武汉430074

通过向TiO2粉体中加入质量分数为1%-15%的Ga2O3粉末,制备了Ga掺杂的TiO2陶瓷靶,并采用脉冲激光沉积法（PLD）用陶瓷靶制备出TiO2薄膜,将薄膜于800-1000℃下退火。对薄膜结构和光学性质的研究表明1000℃退火条件下浓度为1%Ga2O3掺杂能有... 详细信息

通过向TiO2粉体中加入质量分数为1%-15%的Ga2O3粉末,制备了Ga掺杂的TiO2陶瓷靶,并采用脉冲激光沉积法（PLD）用陶瓷靶制备出TiO2薄膜,将薄膜于800-1000℃下退火。对薄膜结构和光学性质的研究表明1000℃退火条件下浓度为1%Ga2O3掺杂能有效将金红石相TiO2的禁带宽度减小至2.62 eV,使其吸收边红移动至470 nm。

关键词： TiO2薄膜脉冲激光沉积 Ga掺杂可见光吸收

Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3陶瓷压电性能的实验研究

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中国陶瓷 2009年第10期45卷 40-42页

作者：余洪杰丁德芳严春杰王戈明中国地质大学材料科学与化学工程学院武汉430074

采用柠檬酸盐-自燃烧法制备Na0.5Bi0.5TiO无铅压电陶瓷,系统研究了柠檬酸浓度、溶液pH值、烧结温度对压电性能的影响。当柠檬酸浓度C=9%,pH=8.5,烧结温度为1130℃时,陶瓷具备最大的压电常数,d33可达71.2pc/n,压电性能优于传统的固相反应... 详细信息

采用柠檬酸盐-自燃烧法制备Na0.5Bi0.5TiO无铅压电陶瓷,系统研究了柠檬酸浓度、溶液pH值、烧结温度对压电性能的影响。当柠檬酸浓度C=9%,pH=8.5,烧结温度为1130℃时,陶瓷具备最大的压电常数,d33可达71.2pc/n,压电性能优于传统的固相反应法(d33仅为20-40pc/n)。1130℃烧结陶瓷样品的XRD表明,陶瓷已形成单一钙钛矿结构的钛酸铋钠晶相。

关键词： Na0.5Bi0.5TiO3 柠檬酸盐一自燃烧法压电性能

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刍议管仲的外交策略及其现实意义

刍议管仲的外交策略及其现实意义

管子哲学经济思想与当代经济问题——安徽省管子研究会2012年年会暨全国第七届管子学术研讨会

作者：陶惟王戈明南京大学外国语学院英语系

尽管中国的国际地位日益提高,但中国的国际政治学和外交学在理论方面同西方相比较为落后。这种落后的状态与中国成长为世界大国的实际进程非常不符。因此,中国学者一方面要学习和借鉴西方优秀的外交策略,另一方面也要研究和挖掘中国传... 详细信息

尽管中国的国际地位日益提高,但中国的国际政治学和外交学在理论方面同西方相比较为落后。这种落后的状态与中国成长为世界大国的实际进程非常不符。因此,中国学者一方面要学习和借鉴西方优秀的外交策略,另一方面也要研究和挖掘中国传统文化和中国外交实践中的外交理论,从而产生真正有中国特色的外交思想。中国的春秋战国时期是一个外交实践高度发展、各种外交思想流派十分活跃的时期,这些流派代表了古代中国理想主义和现实主义外交思想的最高成就。本文试图对春秋战国时期著名政治家管仲的霸权主义外交思想进行分析,以期探讨出其外交思想对中国外交发展的现实意义,即中国如何能在保证本国利益不受侵害的前提下,在竞争激烈的世界中纵横捭阖。

关键词：管仲国际准则伯政

来源： cnki会议评论

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磷石膏基自流平建筑腻子的实验研究

材料科学 2022年第8期12卷 801-806页

作者：王戈明廖士璐张奇王升高陈喆武汉工程大学材料科学与工程学院湖北武汉

本文通过对磷石膏改性煅烧制得β型半水石膏,以β石膏母体并掺入适当比例的矿渣、粉煤灰、生石灰及若干改性剂,成功研制出具有自流平性能的新型磷石膏基建筑腻子。利用XRD、SEM和EDS等微观手段,分析了自流平材料的微观结构。结果表明,... 详细信息

本文通过对磷石膏改性煅烧制得β型半水石膏,以β石膏母体并掺入适当比例的矿渣、粉煤灰、生石灰及若干改性剂,成功研制出具有自流平性能的新型磷石膏基建筑腻子。利用XRD、SEM和EDS等微观手段,分析了自流平材料的微观结构。结果表明,在本反应体系中,β型半水石膏可与矿渣、生石灰等发生水化反应,从而形成较多的钙矾石针状晶体,能有效提高产物的工作性能和力学性能。其中,样品的7d和28 d抗压强度分别达到21.2 MPa和35.9 MPa,初凝时间和终凝时间分别为124 min和140 min。在苯乙烯–丙烯酸共聚物的作用下,粘结强度可达0.48 MPa,满足自流平墙体腻子的使用标准。

关键词：磷石膏 β型半水石膏砂浆自流平强度