纳米晶钛酸钡陶瓷的制备

利用两段式无压烧结和放电等离子体烧结工艺（SPS）分别制备出一系列晶粒尺寸小于100nm的高密度纳米晶钛酸钡陶瓷．通过原位变温拉曼光谱对纳米晶钛酸钡陶瓷进行相结构的分析,结果表明：纳米晶钛酸钡陶瓷和大晶粒钛酸钡陶瓷一样随温度的降低经历从立方→四方→正交→三方的相转变;8nm钛酸钡陶瓷呈现多相共存和相变区间弥散的结构特性．     

微波快速烧结对驰豫铁电陶瓷显微结构与性能的改善

研究了２．４５ＧＨｚ多模腔微波烧结系统对组成为ｘＰｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３－ｙＰｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３－ｚＰｂＴｉＯ３的驰豫铁电陶瓷快速均匀烧结过程。与常规烧相比，微波烧结可显著提高化速率。同时细化晶粒，晶界，改善材料显微结构，从而大幅度提高材料的击穿场强和断裂强度，并达到与常规烧结相近的介电常数。     

晶种诱导长柱状晶生长规律与高韧性氧化铝陶瓷材料

研究了晶种引入和烧结方式对氧化铝长柱状晶粒生长和氧化铝陶瓷断裂韧性的影响. 实验以氢氧化铝为初始原料, 通过湿法球磨把高纯氧化铝磨球的磨屑作为晶种引入到氢氧化铝粉料中, 使氢氧化铝粉在较低温度锻烧转相为α相氧化铝. 研究发现这种转相后的α相氧化铝粉(含有晶种)经热压烧结可获得长柱状晶显微结构, 并且Al₂O₃晶粒形貌随晶种的引入量的不同而发生变化, 而无压烧结Al₂O₃晶粒主要呈等轴状. 具有长柱状α-Al₂O₃晶粒的微观结构可显著提高氧化铝材料的断裂韧性. 在40 MPa热压烧结(1600℃×2 h)的试样, 断裂韧性达到7.10 MPa·m^1/2, 比普通的氧化铝陶瓷断裂韧性提高1倍, 并且抗弯强度也高达630 MPa.     

微波快速烧结对弛豫铁电陶瓷显微结构与性能的改善

研究了 2 45GHz多模腔微波烧结系统对组成为xPb(Mg1/3 Nb2 /3 )O3 yPb(Zn1/3 Nb2 /3 )O3 zPbTiO3 的弛豫铁电陶瓷快速均匀烧结过程 .与常规烧结相比 ,微波烧结可显著提高致密化速率 .同时细化晶粒、晶界 ,改善材料显微结构 ,从而大幅度提高材料的击穿场强和断裂强度 ,并达到与常规烧结相近的介电常数 .研究结果表明对于弛豫铁电陶瓷微波烧结比其他陶瓷材料更有利于显微结构和性能改善     

光诱导介电泳微操纵过程中的光电旋转

本文从电路模型、有限元建模和分析及物理实验三个方面，深入理解并首次验证了在光诱导介电泳芯片中因光电增益不仅存在因亮暗分压（电场幅值非均匀分布）而产生的第一类光诱导介电泳力，而且还存在由亮暗相位差（电场相位非均匀分布）而产生的第二类光诱导介电泳力，以及因存在光致旋转电场而产生的光诱导电旋转现象，解决了目前介电泳力理论计算因采用仅考虑光致分压效应的简化电偶极矩模型而造成实际光诱导介电泳力被低估的困局．同时通过对相应过程的有限元数值模拟，以及酵母菌细胞的光控电旋转实验确认了光诱导电旋转现象的真实存在，得出了光诱导电旋转转向与微粒相对于光电极边缘的位置有关且对应旋转速率与二者相对距离成反比的一般规律，并发现在三电极式光诱导电旋转芯片结构中对应扭矩分布极不均匀且相应位置的光诱导介电泳力不利于对应微粒的定轴旋转．为此，提出了具有对称相位角分布的双层四电极式光诱导电旋转设计方案，为后续光诱导介电泳芯片实现生物粒子微操纵与介电频谱测量一体化提供了必要的理论准备及技术支撑．     

纳米晶体钒热稳定性的分子动力学模拟

用分子动力学技术, 结合分析型嵌入原子方法模拟计算了平均晶粒尺寸为2.86~7.50 nm的纳米晶体钒的微观结构及其热稳定性. 用原子键对分析技术区分了晶粒与晶界原子, 发现晶界原子所占的比例随晶粒尺寸的减小明显提高, 晶体中原子的平均能量要较普通单晶的高. 从原子平均势能、晶界原子比率以及径向分布函数随温度的变化关系得出纳米晶体钒的热稳定温度, 发现随晶粒尺寸的减小纳米晶体钒的热稳定温度明显降低. 最后还讨论了引起这种热稳定温度降低的原因.     

高电场下弛豫铁电体的场致效应

弛豫铁电体在热释电、介电、电场调制微波器件和电致伸缩器件方面有着广泛的应用.这些应用均涉及电场的作用.因电场会导致极化强度增大,并连续地延伸到顺电相,从而产生了电场诱导效应.用弯曲近似法对极化强度在电场作用下随温度的连续变化做近似,得到了介电系数峰值在高场下随电场2/3次方的变化规律.与介电峰在电场作用下移动的实验结果基本一致.理论数值模拟发现:存在一个与热力学参量相关的极化温度系数,其值越大,场致介电移峰效应越小,且热释电系数越大;反之,如果场致介电移峰效应越大,电场调制微波器件的介电可调性及可调性的温度稳定性会越好.上述研究结果对掺杂改性研究微波器件的介电可调性和热释电性有一定的参考作用.     

相界附近Pb(Zn1/3Nb2/3)O3PbZrO3PbTiO3固溶体的介电性能

通过对相界附近的Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbZrO3-PbTiO3(PZN-PZ-PT)固溶体的介电性能研究发现,在介电峰附近所有样品的介电-温度关系曲线都具有弛豫性相变特征;Zr/Ti比的变化对介电温度特性曲线有重要影响,随着Zr/Ti比的增加,其弛豫程度明显增加;菱方相区的样品在测量温度范围内都呈现典型的弛豫型铁电体特征;对四方相区的样品而言,在低于介电峰值温度的某一临界温度时,发生了正常铁电体-弛豫铁电体自发相变,利用热激发电流证明了该正常铁电体-弛豫铁电体自发相变的存在.透射电子显微分析表明四方相样品具有典型的90°宏畴形貌,而菱方相区的样品则具有纳米尺寸的微畴形貌.     

相界附近Pb（Zn1／3Nb2／3）O3—PbZrO3—PbTiO3固溶体的介电性能

通过对相界附近的Pb(Zn1/3 Nb2 /3 )O3 PbZrO3 PbTiO3 (PZN PZ PT)固溶体的介电性能研究发现 ,在介电峰附近所有样品的介电 温度关系曲线都具有弛豫性相变特征 ;Zr/Ti比的变化对介电温度特性曲线有重要影响 ,随着Zr/Ti比的增加 ,其弛豫程度明显增加 ;菱方相区的样品在测量温度范围内都呈现典型的弛豫型铁电体特征 ;对四方相区的样品而言 ,在低于介电峰值温度的某一临界温度时 ,发生了正常铁电体 弛豫铁电体自发相变 ,利用热激发电流证明了该正常铁电体 弛豫铁电体自发相变的存在 .透射电子显微分析表明四方相样品具有典型的 90°宏畴形貌 ,而菱方相区的样品则具有纳米尺寸的微畴形貌 .     

纳米胶体团聚现象的分子动力学模拟

采用非平衡态分子动力学方法模拟可极化纳米胶体在非均匀电场下的介电泳情况,通过改变电场强度和系统温度,分析纳米胶体的团聚现象.常温状态下的仿真结果表明,虽然布朗力能影响纳米胶体的介电泳状况,但当纳米胶体之间的距离小于12σ时,其相互吸引力迅速增大,从而克服布朗力影响,使胶体产生团聚.当布朗力对胶体运动影响较小时,电场强度增大使得胶体所受的介电泳力增大,相应地胶体所受的吸引力也增大,最终导致胶体的聚集速度变快.仿真结果也显示系统温度的升高使得胶体所受的布朗力增大,从而影响纳米胶体的团聚.最后,采用DLVO理论对相互作用的胶体运动状态进行研究,得出胶体的位能曲线图和胶体间吸引力随胶体中心距变化的曲线图,并将后者与分子动力学方法得出的结论进行对比,发现这两条曲线的变化趋势基本相同,这说明本文的仿真模型是符合理论的.     

稀土掺杂的高电压梯度ZnO压敏电阻

采用稀土氧化物掺杂改进ZnO压敏电阻的电气参数和结构参数,并解释了稀土掺杂改性的机理．高温烧结时稀土氧化物与Bi,Zn,Mn,Sb等生成新的尖晶石,由于尖晶石的钉扎效应而降低氧化锌晶粒的生长速度,导致压敏电阻的晶粒尺寸减小、电压梯度明显增加．通过添加Co和Mn的氧化物,能有效降低ZnO压敏电阻的泄露电流和增加其非线性系数．试制的压敏电阻样品的电压梯度达492V／mm,非线性系数达76,而泄露电流只有1μA．     

介电泳驱动纳米胶体分离的分子动力学模拟

采用非平衡态分子动力学法对纳米胶体及其溶液环境进行建模,通过对模型系统施加非均匀电场,使胶体带有相反的极性.在较高的电场强度和较低的系统温度情况下介电泳驱动胶体分离的现象较为明显,对胶体的介电泳速度与溶剂粒子热运动速度比值进行研究,发现比值较大时,胶体与溶剂粒子的撞击较为剧烈,使得胶体的速度出现大幅度的波动.改变电场强度进行模拟,发现电场强度的增大能加快胶体的分离,但当电场强度增大到一定程度时,由于溶剂粒子对胶体的摩擦阻力很大,使得分离运动开始变慢.此外,在分析胶体位能的基础上研究胶体的分离原因,发现胶体电偶极化后胶体之间的吸引位能变小,而温度的升高使得吸引位能变小,排斥位能增大,这与DLVO理论得出的结论相一致.     

8-mol%钇稳定氧化锆放电等离子烧结体的电学特性研究

采用等离子烧结技术, 在1350℃10 min所烧结的8-mol%钇稳氧化锆样品(SPS)与常规1450℃4 h烧结样品(CS)相比, SPS样品致密度已达到99％. 通过X射线衍射(XRD)对两种样品分析其结构均为立方体(F_m3m), 根据XRD谱(111)峰算得SPS样品的晶粒大小D₁₁₁为154 nm, CS样品的D₁₁₁大于1 μm. 用ZVIEW软件对不同测试温度下所得交流阻抗测试结果进行了拟合处理, 研究结果表明: SPS样品的离子电导率不同于CS样品; 在400～800℃温度范围内, 放电等离子烧结样品的活化能为91 kJ·mol^−1, 与常规烧结样品的96 kJ·mol^−1相一致, 这说明SPS烧结体的导电机理与常规烧结体基本一致.     

水热法制备陶瓷粉体中的聚集生长

通过水热陶瓷粉体制备实验和粉体检测表征，对水热条件下粉体晶粒的生长过程作了深入的研究，提出了水热体系中存在聚集生长。水热条件下晶粒的聚集生长有２种类型。第１类聚集生长是物料从尺寸晶粒向大尺寸大晶粒输运的重结晶过程；第２类聚集生长则是通过小晶粒聚集，由于彼此某些显露的晶面结构相容进而在一定条件下实现配向生长的过程。２类聚集生长的热力学驱动力都是由于晶粒平均粒度的增在降低了体系总的表面自由能。晶粒稳定     

晶粒尺寸对氧化锌非线性电阻片中温度和热应力的影响

微观温度分布不均匀将降低氧化锌(ZnO)非线性电阻片的冲击能量吸收能力. 采用二维Voronoi网络(Voronoi diagram)模型, 从微观角度分析了氧化锌非线性电阻片中的电流、温度和热应力的分布. 结果表明: 在击穿区(中电场区), 流经电阻片的电流集中于少数晶粒连结而成的通道, 导致电阻片吸收冲击能量时内部能量吸收不均匀, 引起局部高温和很大的热应力, 造成电阻片发生穿孔或破裂损坏. 另外讨论了晶粒尺寸对氧化锌非线性电阻片内部温度和热应力的影响.     

高性能陶瓷与先进陶瓷固相烧结理论研究进展

本文在回顾了先进陶瓷固相烧结研究历史和现状的基础上，重点介绍了最近作者在陶瓷固相烧结研究中提出的新思想和观点，以及这一新思想出发建立的新的固相烧结理论。     

熔体过热对Sn—Bi40合金熔体结构转变及凝固组织的影响

以Sn－40wt％Bi合金为研究对象,探索了其在不同温度下恒温过程熔体电阻率随时间的变化规律,以及不同熔体状态与凝固行为及组织的关系．结果显示：在一定的临界温度以上,熔体保温相应时间后电阻率发生异常变化,提示熔体发生了结构变化;且随过热温度的提高,熔体结构转变所需“孕育期”愈短,转变速度愈快．凝固实验表明,一定过热度及相应保温时间所引起的熔体结构状态不同,导致凝固过冷度增大、晶粒明显细化且形态也发生改变．进一步的探索还表明,对应特定保温时间,凝固过冷度在一定的熔体过热温度下出现最大值．对上述现象的作用机理进行了简要的分析讨论．     

二氧化钛晶粒的水热制备及其形成机理研究

进行了ＴｉＯ２晶粒水热制备实验，水热条件下ＴｉＯ２晶粒同质变体的生成与反应介质酸碱度，前驱物有关，从“生长基元”模型出发，建立了ＴｉＯ２晶体各同质变体相应生长基元的空间格点图，进行了反应介质酸碱度不同情况下生长基元稳定能计算，结合制备实验结果，对水热条件下ＴｉＯ２晶粒同质变体的形成进行了讨论。     

水热法制备氧化锌纤维及纳米粉体

介绍了一种新的水热合成技术－－水热盐溶液卸压技术，并由此技术制得了晶粒粒度仅为５ｎｍ的ＺｎＯ粉体和长径比为１６：１的ＺｎＯ纤维，着重研究了在水热条件下制得的ＺｎＯ粉体的晶粒粒度变化以及ＺｎＯ纤维形成的主要原因，提出了由水热法制备粉体时成核速度是影响晶粒度的主要原因，即成核速度越快，制得的粉体的晶粒粒度越小，纤维的形成与水热反应过程在卸压条件下进行有关；与卸压前粉体的结晶程度有关。     

BaMg（1-x）/3）ZrxNb2（1-x）/3）]O3微波介质陶瓷的红外光谱

利用传统固相陶瓷烧结工艺在1520℃下制备Ba[Mg（1-x）/3ZrxNb2（1-x）/3]O3（BMZN,x=0,0.10,0.15）微波介质陶瓷.通过远红外光谱（FIR）来分析研究B位Zr4＋取代对BMN陶瓷晶体结构和介电性能的影响.研究发现,随着Zr4＋取代的增加,红外光谱上在370 cm-1附近的振动模发生分裂而出现新的极化模式;410 cm-1附近的振动模消失;230,290和510 cm-1附近的振动模的频率向高波数偏移且强度明显降低.这些红外振动模的变化表明随着Ba Zr O3的增加,陶瓷的晶体结构发生转变,由六方晶系逐步转变为立方晶系.分析了陶瓷介电性能与红外模式的内在联系.