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BNT基无铅压电陶瓷的制备及掺杂改性研究

BNT基无铅压电陶瓷的制备及掺杂改性研究

作者：程仁飞聊城大学

学位级别：硕士

(BiNa)TiO(BNT)基无铅压电材料因具有高压电性与优异的电致应变等特性,而有望取代铅基材料,在压电驱动器等领域获得实际应用。本文利用传统固相法制备了复合离子、多铁性材料和新型固溶体掺杂改性的BNT基陶瓷。探究了MPB附近组成的相变... 详细信息

(BiNa)TiO(BNT)基无铅压电材料因具有高压电性与优异的电致应变等特性,而有望取代铅基材料,在压电驱动器等领域获得实际应用。本文利用传统固相法制备了复合离子、多铁性材料和新型固溶体掺杂改性的BNT基陶瓷。探究了MPB附近组成的相变行为和性能特征,分析了MPB组成、压电和应变性能之间的内在联系,为获得高性能BNT基无铅压电陶瓷材料奠定了理论与技术基础。主要研究内容如下:1.研究了复合离子(NdTa)和(FeNb)掺杂对BNT基材料相结构和电学性能的影响,无论掺杂(NdTa)还是(FeNb)复合离子,BNT基材料均形成了单一的钙钛矿结构。(NdTa)的引入,有利于减少氧空位,增大晶粒尺寸和提高电学性能。在x=0.006处获得优异的电性能:Pr=34.7μC/cm,d=110 pC/N,而当x>0.006时,由于氧空位增多恶化了电性能。(BiNa)BaTi(FeNb)O的在x=0.020处取得高的电致应变性能:S=0.422%,S/E=844 pm/V。系统研究了BNBT-0.020FN陶瓷的温度稳定性和耐疲劳性能,该材料在高达90oC时该材料仍保持高达0.3%的电致应变和压电应变常数600 pm/V。2.多铁性材料SrZrMnO和LaCoMnO与BNT基陶瓷形成综合性能优异的新型固溶体。(BiNa)BaTiOSrZrMnO在x=0.0050时取得优异的电学性能:d=141 pC/N,S=0.388%,S/E=597 pm/V。LaCoMnO掺杂对晶粒的形貌和晶粒尺寸影响比较大,适量的LaCoMnO掺杂,不仅可以提高陶瓷材料的致密度,而且该材料的电致应变性能也得到了改善,得到了具有较高压电性能的材料:S=0.22%,S/E=328 pm/V,d=211 pC/N。以上结果表明该材料在机电器件方面具有潜在应用。3.通过添加AlBiO和SrFeNbO等新型固溶体来提高BNT基陶瓷材料的电致应变性能。适量的AlBiO掺杂可以提高BNT基材料的压电、铁电性能,在x=0.005处具有优异的压电、铁电性:Pr=32.8μC/cm,E=18.2 kV/cm,d=234 pC/N。而且在x=0.010,驱动电场为80 kV/cm处,取得高的电致应变性能:S=0.33%,d*33=S/E=413 pm/V。SrFeNbO可以完全与BNT基陶瓷固溶,在x=0.009处取得最佳的应变性能:S=0.35%,S/E=583 pm/V,而在x=0.006获得254pC/N的超高压电性能。

关键词：钛酸铋钠无铅压电陶瓷应变电学性能

CeO_2掺杂对SrNa_(0.5)Bi_(4.5)Ti_5O_(18)高温无铅压电陶瓷性能的影响

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材料研究学报 2015年第3期29卷 201-206页

作者：姬万滨初瑞清徐志军郝继功程仁飞聊城大学材料科学与工程学院聊城252059

用固相合成法制备SrNa0.5Bi4.5Ti5O18+x%(质量分数)CeO2(SNBTCx)铋层状无铅压电陶瓷,研究了CeO2掺杂对SNBTCx陶瓷微观结构和电性能的影响。结果表明,CeO2掺杂并未改变SNBTCx陶瓷的晶体结构,所有样品均为单一的铋层状结构陶瓷;CeO2掺杂... 详细信息

用固相合成法制备SrNa0.5Bi4.5Ti5O18+x%(质量分数)CeO2(SNBTCx)铋层状无铅压电陶瓷,研究了CeO2掺杂对SNBTCx陶瓷微观结构和电性能的影响。结果表明,CeO2掺杂并未改变SNBTCx陶瓷的晶体结构,所有样品均为单一的铋层状结构陶瓷;CeO2掺杂没有使SNBTCx陶瓷居里温度发生明显变化,居里温度均高于560℃;随着CeO2掺杂量的增加SNBTCx陶瓷材料的介电常数减小,但是其介电损耗先增大后减小。当CeO2掺杂量为0.3%(质量分数)时SNBTC0.03陶瓷具有最优电性能:Tc=567℃,d33=29 p C/N,tanδ=0.015,且在500℃退极化处理后,其d33仍保持在22 p C/N以上,说明SNBTC0.03陶瓷可在高温下应用。

关键词：无机非金属材料高温压电陶瓷铋层状压电性能温度稳定性

同步氨化/碳化法制备MXene/C平面多孔复合电极

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无机材料学报 2020年第1期35卷 112-118页

作者：张天宇崔聪程仁飞胡敏敏王晓辉中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院合肥230026

MXene是一种新型二维过渡金属碳/氮化物,具有优异电化学性能的赝电容型超级电容器电极材料。本研究尝试用同步氨化/碳化制备MXene平面多孔电极。以滤纸为多孔平面模板,通过浸渍-烘干的手段把MXene固定在滤纸的纤维上,然后在氨气的气氛... 详细信息

MXene是一种新型二维过渡金属碳/氮化物,具有优异电化学性能的赝电容型超级电容器电极材料。本研究尝试用同步氨化/碳化制备MXene平面多孔电极。以滤纸为多孔平面模板,通过浸渍-烘干的手段把MXene固定在滤纸的纤维上,然后在氨气的气氛中热处理,得到了MXene/C平面多孔复合电极。分析结果表明:MXene纳米片均匀包覆在由滤纸碳化形成的碳纤维上。当浸渍5次时,在2 mV/s的扫速下测试,制备出的复合电极的面积比电容达到403 mF/cm^2。在电流密度为10 mA/cm^2下进行恒流充放电循环测试2500次后,比电容仍然与初始电容几乎相同,表现出良好的倍率性能和循环稳定性。在不使用高分子粘合剂和金属集流体的情况下,同步氨化/碳化法制备出的MXene/C平面多孔复合电极表现出优良的电化学性能。

关键词： MXene 超级电容器制备

(Mo_(1/2)Sr_(1/2))^(4+)掺杂Bi_(1/2)Na_(1/2)TiO_3无铅压电陶瓷结构及其性能研究

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功能材料 2014年第15期45卷 15080-15083,15088页

作者：程仁飞徐志军初瑞清郝继功杜鹃姬万滨李国荣聊城大学材料科学与工程学院山东聊城252059 中国科学院上海硅酸盐研究所上海200050

采用传统陶瓷制备工艺制备出了Bi1/2Na1/2Ti1-x(Mo1/2Sr1/2)xO3(简称BNT-MS-100x)系无铅压电陶瓷材料,研究了(Mo1/2Sr1/2)4+掺杂量对BNT基陶瓷材料显微结构和电学性能的影响。研究结果表明,(Mo1/2Sr1/2)4+掺杂并未影响BNT陶瓷的晶体结构... 详细信息

采用传统陶瓷制备工艺制备出了Bi1/2Na1/2Ti1-x(Mo1/2Sr1/2)xO3(简称BNT-MS-100x)系无铅压电陶瓷材料,研究了(Mo1/2Sr1/2)4+掺杂量对BNT基陶瓷材料显微结构和电学性能的影响。研究结果表明,(Mo1/2Sr1/2)4+掺杂并未影响BNT陶瓷的晶体结构,仍为纯钙钛矿型结构,而且致密性良好。随着(Mo1/2Sr1/2)4+掺杂量增加,居里温度升高,剩余极化强度先增大后减小。当x=0.004时,BNT-MS-100x陶瓷的压电系数最大,d33=104pC/N,介电损耗最小,tanδ=4.11%。

关键词：无铅压电陶瓷钛酸铋钠 (Mo1 2Sr1 2)4+掺杂

Bi_(1/2)Na_(1/2)Ti_(1-x)(Mo_(1/3)W_(1/3))_xO_3系无铅压电陶瓷介电和压电性能的研究

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陶瓷学报 2017年第3期38卷 378-381页

作者：徐志军程仁飞初瑞清郝继功杜鹃烟台大学环境与材料工程学院山东烟台264005 聊城大学材料科学与工程学院山东聊城252059

采用传统固相法制备出了Bi_(1/2)Na_(1/2)Ti_(1-x)(Mo_(1/3)W_(1/3))_xO_3(简称BNT-MW-100x)系无铅压电陶瓷材料,研究了Mo和W掺杂对BNT基陶瓷材料显微结构和电学性能的影响。研究结果表明,Mo和W掺杂并未影响BNT陶瓷的晶体结构,仍为纯钙... 详细信息

采用传统固相法制备出了Bi_(1/2)Na_(1/2)Ti_(1-x)(Mo_(1/3)W_(1/3))_xO_3(简称BNT-MW-100x)系无铅压电陶瓷材料,研究了Mo和W掺杂对BNT基陶瓷材料显微结构和电学性能的影响。研究结果表明,Mo和W掺杂并未影响BNT陶瓷的晶体结构,仍为纯钙钛矿型结构,而且致密性良好。当x=0.9%时,BNT-MW陶瓷的压电常数最大,d_(33)=108 pC/N,平面机电耦合系数最大,k_p=0.153。

关键词：钛酸铋钠无铅压电陶瓷压电性能介电性能

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探究空气中二氧化碳的实验装置新改进

化学教学 2024年第7期 66-67,91页

作者：程仁军嘉兴一实学校浙江嘉兴314050

对比当下中学化学教材发现,某些实验装置进行实验时会出现现象不够明显和效率低下等问题,如探究空气中二氧化碳的实验。通过对教材实验的改进,利用单向阀实现大针筒反复地抽气与送气,同时在乳胶头上扎小孔,大大增加空气中的二氧化碳与... 详细信息

对比当下中学化学教材发现,某些实验装置进行实验时会出现现象不够明显和效率低下等问题,如探究空气中二氧化碳的实验。通过对教材实验的改进,利用单向阀实现大针筒反复地抽气与送气,同时在乳胶头上扎小孔,大大增加空气中的二氧化碳与装置内澄清石灰水的接触时间和接触面积,缩短了澄清石灰水变浑浊的时间,提高了实验效率。该实验可作为分组实验让学生以探究方式实施。

关键词：单向阀二氧化碳实验探究实验装置改进

结构化思维视域下中考复习阶段的深度备课——以“物理探究题的复习”为例

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物理教学 2024年第6期46卷 39-42,38页

作者：程仁军嘉兴一实学校浙江314050

深度备课能解决中考复习阶段出现的“忙”“盲”“茫”现象。它需要备课教师以结构化思维为指导,率先跳入题海去梳理出复习的方向,研究出试题的组成并形成试题的破解策略。新课程非常注重学生科学探究能力的培养和评价,近年来出现了各... 详细信息

深度备课能解决中考复习阶段出现的“忙”“盲”“茫”现象。它需要备课教师以结构化思维为指导,率先跳入题海去梳理出复习的方向,研究出试题的组成并形成试题的破解策略。新课程非常注重学生科学探究能力的培养和评价,近年来出现了各式各样的中考物理探究题,成为很多师生共同的教学难题,更是初三师生在中考复习阶段绕不开的教学话题。文章以“物理探究题的复习”为例,阐述了结构化思维视域下的深度备课的教学实施和效果。

关键词：科学探究中考复习深度备课结构化思维

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功能梯度三周期极小曲面静动态力学特性

力学学报 2024年第9期56卷 2646-2658页

作者：程乾尹剑飞温激鸿郁殿龙国防科技大学智能科学学院长沙410073 国防科技大学装备综合保障技术重点实验室长沙410073

功能梯度设计能够有效提高结构的力学特性及吸能性能.为探讨功能梯度极小曲面结构在静动态载荷下的力学响应以及梯度壁厚分布方式对其力学特性的影响规律,构建了包含线性梯度和多种非线性梯度(对数梯度、Sigmoid梯度以及指数梯度)Gyroi... 详细信息

功能梯度设计能够有效提高结构的力学特性及吸能性能.为探讨功能梯度极小曲面结构在静动态载荷下的力学响应以及梯度壁厚分布方式对其力学特性的影响规律,构建了包含线性梯度和多种非线性梯度(对数梯度、Sigmoid梯度以及指数梯度)Gyroid结构,通过3D打印光敏树脂制备样件开展了准静态压缩试验,采用LS-DYNA构建仿真模型并与试验结果对比,验证了仿真方法的有效性.研究发现,功能梯度壁厚分布方式显著影响结构力学性能及变形模式.在准静态压缩下,功能梯度结构呈现逐层压溃的变形模式,在接触端产生局部的致密化带,这一模式导致梯度结构吸能特性有一定提升.基于准静态测试数据以及试验变形模式分析,构建了Gibson-Ashby模型,揭示了均质结构弹性模量和屈服强度随等效密度的变化规律;利用该Gibson-Ashby模型,预测了功能梯度结构屈服强度,并构建等应力模型预测了梯度结构的弹性模量,预测结果与实验值具有良好的一致性.对于其动态力学性能,构建了4种冲击速度仿真模型,深入探讨不同冲击速度对梯度结构力学性能的影响规律.功能梯度结构在高速冲击下,由于其壁厚逐层递增的特性,其局部压溃现象更为明显,导致其在高速冲击下的致密化应变显著增大,其吸能特性也有所提升.其中,对数梯度结构具有最高的屈服强度,而Sigmoid梯度结构具有最高的平均平台应力和吸能特性,其比吸能特性为13.01 J/g,相较于相对密度为45%的均质结构而言提升了45%.此外,基于刚性-完美塑性-锁定模型对梯度结构的动态平台应力进行拟合预测,拟合结果与仿真结果吻合度较高,为预测功能梯度结构的动态力学响应提供了计算方法.

关键词：三周期极小曲面结构功能梯度结构动态冲击力学性能吸能特性

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校园剧《鸣龙少年》:青春梦的艺术表达

电视研究 2024年第3期 42-44页

作者：赵忠仁李玲飞汕头大学长江新闻与传播学院中国传媒大学科学研究处

聚焦高考题材的电视剧《鸣龙少年》以高考改革为背景,利用特色化的人物设定,将现实故事进行艺术表达,真实且鲜明的矛盾冲突得以戏剧化呈现,凸显出青春梦的朴素底色。本文从青春理想与社会现实同构、青春议题与多元个体交织、青春文化与... 详细信息

聚焦高考题材的电视剧《鸣龙少年》以高考改革为背景,利用特色化的人物设定,将现实故事进行艺术表达,真实且鲜明的矛盾冲突得以戏剧化呈现,凸显出青春梦的朴素底色。本文从青春理想与社会现实同构、青春议题与多元个体交织、青春文化与主流价值共融三个维度,对新时期校园剧创作进行了深入探索。

关键词：校园剧《鸣龙少年》青春梦艺术表达