钽铌酸钾钠纳米材料的水热合成及机电转换特性研究

论文摘要

钽铌酸钾钠[K0.5Na0.5（TaxNb1-x）O3, KNTN]由于居里温度高、压电常数大等优点,在机电能量转换、传感器和制动器等方面具有广泛的应用前景。本论文采用水热法合成KNTN纳米粉体,利用现代材料分析方法对样品的组分、物相和形貌等性质进行表征,研究其光吸收特性,并对KNTN纳米线的机电转换特性进行初步研究。主要工作及研究结果如下：1、采用水热法在一定条件下合成了K0.5Na0.5（TaxNb1-x）O3（x=0.09～0.89）纳米粉体,并利用XRD和SEM等手段对产物的物相和形貌等特征进行表征。XRD和SEM结果表明,随着Ta含量的增加,KNTN由正交相向四方相转变,再由四方相转变为立方相,其形貌由长方体结构逐渐转变为立方体结构。2、利用紫外可见吸收光谱对产物的光吸收特性进行研究。结果表明,随着Ta含量的增加,产物吸收边发生明显蓝移,这可能与Ta5+对Nbs+的取代有关。3、利用不同的表面活性剂水热合成KNTN纳米粉体。结果表明,PEG对KNTN的物相和形貌有很大影响,加入0.8g PEG可获得直径638nm,长12.3μm的K0.5Na0.5（Ta0.09Nb0.91）O3内米线。4、采用微加工技术组装纳米发电机模型,并对KNTN纳米线的机电转换特性进行研究。实验结果表明,在瞬变外力作用（弯曲或按压）下,由于KNTN材料本身具有压电效应,纳米发电机能产生正向和负向的输出电压,输出电压最高幅值可达32mV。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 纳米材料简述
• 1.2.1 纳米材料的定义
• 1.2.2 纳米材料的分类
• 1.2.3 纳米材料的基本特性
• 1.3 纳米材料的合成方法
• 1.3.1 固相法
• 1.3.2 液相法
• 1.3.3 气相法
• 1.3.4 模板法
• 1.4 压电材料
• 1.4.1 压电材料及其特点
• 1.4.2 钙钛矿结构压电材料
• 1.5 机电转换的研究现状
• 1.6 KNTN材料简介
• 1.7 本文研究的主要内容
• 第二章 纳米粉体的制备和表征方法
• 2.1 引言
• 2.1.1 水热法合成纳米材料方法
• 2.1.2 水热条件下晶粒的生长机制
• 2.1.3 水热反应的影响因素
• 2.2 材料的制备
• 2.3 材料的表征
• 2.3.1 物相分析（XRD）
• 2.3.2 形貌分析（SEM）
• 2.3.3 光吸收特性分析（UV-vis）
• 2.4 本章小结
• 第三章 钽铌酸钾钠纳米材料的表征及其光吸收特性研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验结果与分析
• 3.2.1 K/Na摩尔比对KNTN物相的影响
• 3.2.2 Ta/Nb摩尔比对KNTN物相的影响
• 3.2.3 Ta/Nb摩尔比对KNTN形貌的影响
• 3.2.4 KNTN纳米材料的UV-vis光谱分析
• 3.2.5 表面活性剂对KNTN形貌的影响
• 3.3 本章小结
• 第四章 KNTN纳米材料的机电转换特性研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 叉指测试电极的制备
• 4.2.2 样品的分散
• 4.2.3 封装
• 4.2.4 机电转换特性
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 附录1 硕士期间发表的论文
• 附录2 硕士期间参加的科研项目
• 致谢