SOLGEL法制備coreshell結(jié)構(gòu)課件

1、SOL-GEL法制備core/shell結(jié)構(gòu)Al2O3Ba（Fe0.5Nb0.5)O31第1頁，共16頁。目錄1234提高電容器儲能密度的途徑鐵鈮酸鋇的表面改性技術(shù)Core-shell結(jié)構(gòu)的表征Sol-gel法2第2頁，共16頁。1.提高電容器儲能密度的途徑平行板型結(jié)構(gòu)電極間的電容量C： A為極板面積，d為介電材料層厚度，為材料的介電常數(shù)電容器存儲能量 Vi材料的有效體積，E為電介質(zhì)材料承受的電場強(qiáng)度電介質(zhì)材料的體積儲能密度為3第3頁，共16頁。電容器整體體積的儲能密度為： K=電容器總體設(shè)計體積Vt/介質(zhì)材料體積Vi要實(shí)現(xiàn)高的儲能密度，電介質(zhì)材料必須有很大的介電常數(shù)，或者能承受很高的工作場強(qiáng)

2、和有盡量小的K值想降低K值的潛力不大具有高介電常數(shù)和高工作場強(qiáng)的電介質(zhì)材料是提高電容器儲能密度的主要研究方向4第4頁，共16頁。2.鐵鈮酸鋇的表面改性技術(shù)當(dāng)前功能陶瓷材料的發(fā)展趨勢可以歸納為以下幾個特點(diǎn)：復(fù)合化、多功能化、低維化、智能化和設(shè)計、材料、工藝一體化。粉體表面包覆技術(shù)使得摻雜改性組分在主晶相顆粒的表面均勻地包覆，減少了在燒結(jié)過程的擴(kuò)散距離，增加在材料中分布均勻性。這樣不僅可以改善粉體的分散性和工藝性能，而且有利于摻雜物作用的充分發(fā)揮，有利于改善和控制材料性能。5第5頁，共16頁。Ba（Fe0.5Nb0.5)O3粉體包覆方法固相法液相法沉淀法 soI-geI法化學(xué)鍍法非均勻形核法6第6

3、頁，共16頁。圖1.各種制備方法比較7第7頁，共16頁。3.Sol-gel法溶膠-凝膠法是濕化學(xué)方法，它不僅可用于制備超細(xì)粉末、薄膜，而且成功應(yīng)用于顆粒表面涂覆。溶膠-凝膠法包覆的工藝過程是：1) 被包覆粒子的制備，可以是由sol-gel法制備的各種形狀的粒子，也可以是其他方法制備的顆?；蛱烊坏V物粉體；2) 包覆用溶膠的制備；3) 包覆層的制備，將所需包覆的顆粒分散在所制備的溶膠中，再在一定的反應(yīng)條件下完凝膠化，即可在顆粒表面形成所需的包覆層。該方法的關(guān)鍵在于改性組分的溶膠制備。在該方法中，核層顆粒的濃度、大小及反應(yīng)條件等也都會影響到包覆的質(zhì)量，而且，還需要控制好實(shí)驗(yàn)條件，否則發(fā)生的是異質(zhì)絮凝

4、而非溶膠凝膠包覆，其包覆層的質(zhì)量將會下降。當(dāng)然，該法具有反應(yīng)溫和、工藝設(shè)備簡單、易摻雜以及可以對任意形狀的顆粒實(shí)現(xiàn)包覆等優(yōu)點(diǎn)8第8頁，共16頁。反應(yīng)機(jī)理以AI(OC3H7)3作為鋁源，在一定溫度和酸度下與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)過水解縮聚過程而形成均一穩(wěn)定的溶膠。 AI(OC3H7)3水解過程是一個非極性很強(qiáng)的快速過程，在用它為先驅(qū)物制備鋁溶膠的水解反應(yīng)過程中，AI(OC3H7)3首先以三聚體和四聚體形式存在，同時，在分子內(nèi)部存在者配位結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的平衡。水解時，三聚體和四聚體的水解反應(yīng)如下9第9頁，共16頁。AI(OC3H7)3溶于異丙醇制成懸浮液鋁溶膠陳化1.恒溫攪拌2.滴加水3.滴加硝酸，pH試紙

5、測pH值加入BFN粉體攪拌混磨復(fù)合凝膠1.烘箱烘干2.煅燒（T=？）Al2O3Ba（Fe0.5Nb0.5)O3圖2.sol-gel法制備工藝流程10第10頁，共16頁。實(shí)驗(yàn)條件討論以異丙醇鋁為先驅(qū)體， HNO3作為膠溶劑，采用sol-gel法制備出 Al2O3Ba（Fe0.5Nb0.5)O3復(fù)合粉體，主要研究了加水量，異丙醇鋁的水解溫度、 HNO3用量對復(fù)合粉體包覆效果的影響，得到以下結(jié)論：1) 當(dāng)加水量R（摩爾比R=水/異丙醇鋁）從40提高到200時，生成的鋁溶膠從低交聯(lián)度的產(chǎn)物變成交聯(lián)度高的產(chǎn)物、包覆狀態(tài)由鋁溶膠散落在BFN粉體周嗣變成均勻沉積分布在BFN周圍，形成均一包覆膜，但R提高到3

6、00時鋁溶膠團(tuán)聚嚴(yán)重。2)金屬醇鹽的水解溫度是sol-gel過程最重要的參數(shù)之一。 80鋁溶膠澄清透明且得到均勻包覆的復(fù)合粉體； 90時將生成不易揮發(fā)的有機(jī)高聚物。3)HNO3加入的量不一樣，可以導(dǎo)致pH值不一樣，影響形成的鋁溶膠和包覆粉體。 HNO3與AI(OC3H7)3的摩爾比為0 .10.15時，得到穩(wěn)定澄清的鋁溶膠及均勻包覆的復(fù) 合粉體； HNO3與AI(OC3H7)3的摩爾比0.05時，會造成鋁離子的自身沉淀； HNO3與AI(OC3H7)3的摩爾比為0 .25時,則會造成鋁膠體之間的團(tuán)聚。R=200T=85 HNO3 / AI(OC3H7)3 =0.1511第11頁，共16頁。4.

7、 core-shell結(jié)構(gòu)表征（1）粉體的TEM照片（a）可 以看出，在BFN表面有一層厚度均勻的包覆膜（2）粉體的SEM照片(b)中微 區(qū)A進(jìn)行EDS分析(c)在EDS能譜圖中有很強(qiáng)的Al元素的吸收峰，說明BFN顆粒周圍存在Al2O3圖3.Al2O3Ba（Fe0.5Nb0.5)O3 粉體的 TEM,SEM及EDS譜圖（a）TEM（b）SEM（c）EDS12第12頁，共16頁。Core-shell結(jié)構(gòu)示意圖4. PMMASiO2模擬示意圖圖6. CLi3V2(PO4)3圖5. TEM13第13頁，共16頁。4.后期測試粉體燒結(jié)溫度測定 將成型的坯片按一定的升溫制度在熱膨脹儀中分別進(jìn)行燒結(jié)收縮過程的實(shí)時跟蹤測量，以確定燒結(jié)溫度。陶瓷介電性能測定 介電