氧化锆基纳米复合材料的掺杂稳定机制及生长动力学研究

摘要

氧化锆是一种十分重要的结构和功能材料,它具有非常优异的物理和化学性能.自从1975年澳大利亚科学家Garvie首先发明利用氧化锆相变增韧陶瓷材料以来,它的开发、研究与应用,更是引起世界各国的高度重视,这不仅进一步促进了其在科研领域的研究热潮,而且更是促进了其在各工业及技术领域的广泛应用.目前,它是陶瓷材料、高温材料和功能材料的重要原料.对氧化锆多晶材料而言,相转变过程中的体积变化,是其作为结构和功能陶瓷材料最重要的特性和依据,澄清其相变机理,进而通过控制相变条件达到改善材料性能的目的,既具有重要的理论价值,又有极大的实际意义.同时,无论是作为陶瓷增韧增强相、氧传感器及高温燃料电池材料和催化剂等,都要求对这种材料的形核和晶粒长大过程有着深入的理解,保证这种材料随环境条件的变化性能有着不大的起伏.因此,详细探讨制备条件对氧化锆对前驱体结构和最终晶型的影响,纳米氧化锆晶粒生长过程中的动力学研究也是必要的.该论文针对氧化锆基纳米复合材料掺杂稳定机制、溶液中氧化锆多晶形核和生长动力学过程、氧化锆团簇的生长模式及稳定性等问题,从液相和气相两方面进行了较为系统的实验和理论研究,旨在从原子和分子级水平上澄清上述问题的本质原因,以便更好的服务于实验的研究.

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权的声明

第一章绪论

1.1前言

1.2氧化锆陶瓷的物理化学特性

1.2.1物理特性

1.2.2化学特性

1.2.3氧化还原性

1.3晶体生长理论简介——配位多面体生长机理模型

1.3.1配位多面体生长模型

1.3.2氧化锆晶体的生长习性

1.4氧化锆陶瓷相变稳定的研究进展

1.4.1掺杂对氧化锆相变过程的影响

1.4.2氧化锆晶粒尺寸的影响

1.4.3外界环境的影响

1.5课题的提出

1.6研究方法和研究内容

1.6.1研究方法

1.6.2研究内容

参考文献

第二章氧化物掺杂氧化锆纳米晶的制备及稳定机理

2.1前言

2.2样品的制备

2.2.1制备原理

2.2.2实验原材料

2.2.3实验仪器设备

2.2.4实验步骤

2.2.5表征方法

2.3水性前驱体结构与氧化锆晶型的关系

2.3.1实验结果分析

2.3.2理论分析

2.4 SiO2掺杂ZrO2复合材料的稳定机理

2.4.1模型的建立和计算方法

2.4.2结果与讨论

2.5本章小结

参考文献

第三章氧化物掺杂氧化锆纳米晶的生长动力学

3.1前言

3.2实验结果

3.2.1 Y2O3-ZrO2体系

3.2.2 Sm2O3-ZrO2体系

3.2.3实验结果分析

3.3纳米晶体的生长活化能及机理

3.3.1纳米晶体生长活化能的估算

3.3.2低的纳米2YSZ晶粒生长活化能的分析

3.3.3掺杂导致纳米2YSZ晶粒尺寸减小的分析

3.4本章小结

参考文献

第四章四方氧化锆掺杂稳定机理的电子结构研究

4.1前言

4.2计算方法和模型的选取

4.2.1计算方法

4.2.2计算模型

4.3计算结果和讨论

4.3.1计算结果

4.3.2阳离子掺杂

4.3.3阴离子掺杂

4.3.4阴阳离子协同掺杂

4.4本章小结

参考文献

第五章氧化锆[(ZrO2)n(n≤5)]团簇结构的红外光谱和生长模式

5.1前言

5.2计算方法

5.3[(ZrO2)n(n≤5)]团簇的结构及红外光谱

5.3.1 ZrO2团簇

5.3.2(ZrO2)2团簇

5.3.3(ZrO2)3团簇

5.3.4(ZrO2)2团簇

5.3.5(ZrO2)2团簇

5.4单斜和四方氧化锆晶粒的红外光谱

5.5氧化锆团簇的生长模式

5.6本章小结

参考文献

第六章ZrmOn和FemAln小尺寸团簇的电子结构和稳定性

6.1前言

6.2计算方法

6.3 ZrmOn团簇的电子结构、形成路径和解离能

6.3.1 ZrmOn团簇的电子结构

6.3.2 ZrmOn团簇的形成路径和解离能

6.4 Fe-Al团簇的电子结构和稳定性

6.4.1 FemAln团簇的电子结构

6.4.2稳定团簇的电子结构

6.4.3稳定团簇的热力学性质

6.4.4掺杂铬元素的影响

6.5本章小结

参考文献

第七章结论

致谢

博士期间发表及待发表的论文