SrTiZrO固溶体的合成及其热力学分析

摘要

本文以SrTixZr1-xO3这种典型ABⅠ1-xBⅡxO3型钙钛矿粉体的合成作为研究对象。以硝酸锶、氧氯化锆、四氯化钛和氢氧化钠为原料，采用直接沉淀法合成了SrTixZr1-xO3连续固溶体粉体。首先考察了反应温度、NaOH浓度和搅拌时间对SrTi0．5Zr0．5O3物相得影响，寻找其合成的最佳工艺参数。实验表明高温、强碱性环境和长的搅拌时间有利于反应的进行。在80℃下，NaOH浓度为3mol/L时，搅拌2小时是该反应的比较合适的条件。经过XRD分析，产物SrTi0．5Zr0．5O3的相结构是立方相钙钛矿结构。以此工艺条件，进一步采用了直接沉淀-陈化法合成了相结构为立方相钙钛矿结构的SrTixZr1-xO3固溶粉体。以SrTi0．5Zr0．5O3固溶粉体最佳合成工艺参数用直接沉淀法合成SrTixZr1-xO3（x>0．4）连续固溶体粉体，陈化处理x<0．4的沉淀产物后，也可获得相应组成的结晶粉体。实验结果表明发现陈化时间是影响产物物相的主要因素。这是因为当Zr含量进一步增加时，由于其较大的离子使其离子进入晶格形成稳定的固溶体变得困难，即晶体的形成速率成为控制步骤。 为了进一步分析上述实验现象，建立SrTixZr1-xO3生成自由能的简单加和及Bragg-Williams计算模型；根据热力学的吉布斯函数判据，计算了合成SrTixZr1-xO3反应的Gibbs生成自由能，从计算结果分析并解释了随着Zr含量的增加，直接沉淀法制得的产物必须通过陈化处理才能得到SrTixZr1-xO3固溶体的原因：合成SrTixZr1-xO3反应的吉布斯自由能随着Zr含量的增加而增大，表明反应结晶的推动力逐渐减小，进而导致不能通过液相法一步快速直接获得完全连续的固溶体。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 前言

第二章 文献综述

2.1钙钛矿型材料的结构

2.2钙钛矿材料的基本性质及应用

2.3固溶体

2.3.1固溶体的分类

2.3.2影响形成置换型固溶体的因素

2.3.3固溶体的晶格常数与成分之间的关系

2.3.4形成固溶体对晶体性质的影响

2.4钙钛矿型材料固溶粉体的制备方法

2.4.1固相反应法

2.4.2化学共沉淀法

2.4.3草酸盐沉淀法

2.4.4溶胶-凝胶法

2.4.5水热法

2.4.6溶剂热法

2.4.7其它方法

2.5 SrTixZr(1-x)O3固溶体的合成反应及其热力学分析

第三章 研究内容与研究方法

3.1研究内容

3.2研究方案

3.2.1实验原料

3.2.2实验设备

3.2.3实验装置

3.2.4原料液的配置与标定

3.2.6 SrTixZr(1-x)O3粉体性能测试

第四章 直接沉淀法制备SrTi0.5Zr0.5O3固溶粉体

4.1 SrTi0.5Zr0.5O3固溶粉体的制备

4.1.1实验原理

4.1.2实验流程

4.2实验结果与讨论

4.2.1反应温度的影响

4.2.2 NaOH浓度的影响

4.2.3搅拌时间的影响

4.3小结

第五章SrTixZr(1-x)O3固溶体的合成

5.1实验原理

5.2实验流程

5.3实验结果与讨论

5.2.1直接沉淀法合成SrTixZr(1-x)O3粉体

5.2.2直接沉淀-陈化法合成SrTixZr(1-x)O3粉体

5.4小结

第六章 SrTixZr(1-x)O3固溶体合成的热力学分析

6.1 SrTixZr(1-x)O3生成自由能的计算

6.1.1简单加和法

6.1.2 Bragg-Williams模型

6.1.3两种模型计算结果

6.2反应自由能的计算

6.3小结

第七章结论

参考文献

附录原料液的标定

致谢

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