论文摘要
以制备智能材料为目的,以电介质物质钛酸锶钡在电场中因极化而发生结构和性能上改变之特点为依据,本文探索出一种反应条件温和、环境友好、操作简单的合成方法,制备出纯度高、形貌特殊的钛酸锶钡(Ba0.8Sr0.2TiO3),在此基础上,将不同形貌的钛酸锶钡分散于明胶含水体系中,在有/无电场作用下,胶凝制备钛酸锶钡/明胶/甘油复合弹性胶体。通过监测胶体的力学性能,研究不同形貌的钛酸锶钡对电场作用的响应行为,以及对复合胶体结构和性能的影响,筛选出对电场作用响应能力强的钛酸锶钡材料,从而为制备良好的电流变材料和光子晶体打下基础。具体分述如下:1.以硝酸钡、硝酸锶、钛酸丁酯及氨水为原料,以酒石酸、乙二胺四乙酸（EDTA）为复合络合剂,结合溶胶络合前驱体法和低温燃烧法的优点,采用溶胶络合前驱体低温燃烧法制备得到Ba0.8Sr0.2TiO3纳米粉体,并以此样品为原料,制备成陶瓷薄片。通过XRD、SEM、TEM等测试手段,分析了粉体的相结构、形貌和陶瓷片的形貌,研究了前驱体溶液的pH值、煅烧温度、酒石酸与金属离子的配比等因素对粉体的影响。实验结果表明:当前驱体溶液的pH约为7、金属离子与有机物酒石酸的物质的量之比为1∶1.5、煅烧温度为650℃时,可得到结晶良好、纯度高、平均粒径约为40 nm的BST纳米粉体。2.以DL-α丙氨酸作为前驱体原料,采用一种将溶胶/凝胶法和低温燃烧法相结合的简单组合方法,制备出了无规则形貌的和薄叶状的两类钛酸锶钡。通过XRD、SEM、TG-DSC等测试手段,分析了前驱体的热分解过程以及产物的形貌和相结构。实验表明:此法制备钛酸锶钡的最佳煅烧温度为650℃,且硝酸铵的加入是影响薄叶状钛酸锶钡形貌的关键因素。3.结合化学方法和物理手段,将各种薄叶状钛酸锶钡分散到含水明胶/甘油体系中,在有/无电场作用条件下分别胶凝制备了两种类型的复合弹性水凝胶。通过粒子的XRD、SEM以及胶体的力学性能测试等,研究了分散粒子浓度,胶凝电场强度和时间,分散粒子的结构和形貌等因素对复合胶体力学性能的影响。结果表明,分散粒子为BST（650）、分散粒子浓度为1.3 wt%、胶凝电场为1.2 kv/mm、作用时间30 min时制备的复合胶体硬度最大。当粒子浓度、胶凝电场及作用时间相同时,BST的薄叶厚度越小,纯度越高,两类胶体的硬度差别越大。基于薄叶厚度和纯度的共同影响,以BST（650）为分散粒子的两类复合胶体,在同等条件下硬度的差别最大,说明BST（650）对电场作用响应最强。4.将四种不同形貌的钛酸锶钡分散到含水明胶/甘油体系中,在有/无电场作用的情况下,制备了两种类型的复合弹性胶体,并测量了胶体的力学性能。分析结果表明:（1）在有电场作用条件下制备的复合胶体硬度较大,表明各种钛酸锶钡分散粒子对电场作用都有明显响应。（2）分散粒子的尺寸有一维或多维为微米级时,两种复合胶体的硬度差别最大,表明这些粒子对电场作用的响应最强。