论文题目: 水热与微波辅助法合成形貌可控的纳米功能陶瓷粉体
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料物理与化学
作者: 刘晶冰
导师: 严辉,汪浩
关键词: 纳米陶瓷粉体,水热,微波辅助,羟基磷灰石
文献来源: 北京工业大学
发表年度: 2005
论文摘要: 与金属、塑料相比,陶瓷材料具有优异的耐高温和抗腐蚀等良好的性能,因此广泛地应用于尖端科技领域。伴随纳米科学技术的发展,产生了纳米陶瓷,它的问世将使材料的强度、韧性和超塑性大大提高。纳米陶瓷的研究是当前先进陶瓷发展的三大课题之一。而陶瓷是由原料成型后烧结而成的,陶瓷粉体的质量决定了陶瓷材料的微观结构和宏观性能。因此,发展先进陶瓷的首要问题是要有符合要求的原料——粉体。用于合成陶瓷粉体的方法有多种,如:固相合成法、沉淀法、溶胶凝胶法、水热法等。其中,水热法合成的陶瓷粉体具有晶粒结晶良好,形貌可控,纯度高及晶粒尺寸分布窄等特点,近年来已被广泛地应用于各种陶瓷粉体的制备。而微波合成技术能够在短时间内合成纯度高、粒度细的陶瓷粉末,已引起广泛重视。本文旨在探索纳米功能陶瓷粉体的低温水热与微波辅助合成新方法、新路线,优化其合成条件,研究陶瓷粉体在水热与微波辅助条件下的形成及形貌控制机理,同时探讨了粉体质量对陶瓷显微结构和性能的影响,取得了一些工作进展归纳起来可概括为以下六个部分: 1. 设计了可行的水热合成新路线,利用水热法在100~140oC 成功地合成出结晶性良好的纯相HAP 纳米微粒;研究了水热合成过程中溶液pH 值、反应温度等实验参数对所得HAP 结构和形貌的影响。结果表明:溶液pH 值对所得HAP 的形貌有重要影响;低的pH 值有利于羟基磷灰石的针状生长;通过控制上述参数可以获得长径比为8-20,平均直径和长度分别为40nm和600nm 的HAP 纳米晶须。2. 采用微波辅助合成技术在10min 内合成出纯度高的羟基磷灰石陶瓷粉末。考察了微波反应过程中溶液pH 值、络合剂等实验参数对产物结构、形貌及尺寸的影响。在以EDTA 作为络合剂的情况下,通过调节溶液的pH 值可以获得棒状、蝴蝶结状及花状的纳米结构,这是首次尝试用微波法合成三维HAP 纳米结构。3. 简单介绍了传统的成核与晶体生长理论,阐述了纳米微粒(晶粒)生长的特殊性及现有晶体生长理论在这类体系中应用的局限性,进而引入负离子
论文目录:
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景
1.1.1 前言
1.1.2 纳米陶瓷粉体的制备方法
1.2 水热法简介
1.2.1 水热法
1.2.2 水热合成的特点
1.2.3 水热合成实验设计原则
1.2.4 陶瓷粉体水热合成的化学新方向
1.3 微波的化学合成
1.3.1 微波加热原理
1.3.2 微波液相合成技术的特点
1.3.3 微波液相加热制备纳米材料
1.4 本论文研究目的与内容
第2章 水热与微波辅助合成形貌可控的羟基磷灰石纳米陶瓷粉体
2.1 羟基磷灰石的功能及其研究现状
2.1.1 羟基磷灰石的功能与用途
2.1.2 羟基磷灰石粉体制备的研究现状
2.2 本章主要研究内容及其意义
2.3 形貌可控羟基磷灰石的水热合成及表征
2.3.1 实验部分
2.3.2 结果与讨论
2.4 形貌可控羟基磷灰石的微波辅助合成及表征
2.4.1 实验部分
2.4.2 结果与讨论
2.5 本章小结
第3章 羟基磷灰石晶体生长及形貌控制的机理探讨
3.1 成核与生长理论概述
3.1.1 成核理论
3.1.2 晶体生长理论
3.1.3 现有晶体生长理论在纳米微粒合成中应用的局限性
3.1.4 负离子配位多面体生长基元理论
3.1.5 晶体习性调制的基本思想
3.2 羟基磷灰石针状生长及形貌控制的机理探讨
3.2.1 羟基磷灰石晶体结构
3.2.2 HAP 晶体针状生长的晶体学及物化生长机理
3.3 本章小结
第4章 水热合成形貌可控的Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3无铅压电陶瓷粉体
4.1 引言
4.1.1 无铅压电陶瓷在压电陶瓷材料中的地位
4.1.2 无铅压电陶瓷的研究现状
4.1.3 (Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_3材料的研究进展
4.2 本章主要研究内容及其意义
4.3 形貌可控Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3的水热合成及表征
4.3.1 实验部分
4.3.2 结果与讨论
4.4 溶胶-凝胶-水热合成Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3纳米线
4.4.1 实验部分
4.4.2 结果与讨论
4.5 本章小结
第5章 Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3无铅压电陶瓷的性能研究
5.1 陶瓷粉体对陶瓷性能的影响
5.1.1 粉体粒度的影响
5.1.2 粒度分布的影响
5.1.3 粉子形状的影响
5.2 实验方法
5.2.1 样品的制备
5.2.2 样品的测试
5.3 结果与分析
5.3.1 烧结温度的确定
5.3.2 先驱粉粒度的影响
5.3.3 先驱粉形貌的影响
5.3.4 陶瓷介电与铁电性能研究
5.4 本章小节
总结及展望
参考文献
攻读博士学位期间所发表的学术论文
致谢
发布时间: 2005-09-21
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