研究目的
通过对比研究线性、非线性和无模型反应动力学来理解掺杂Eu2O3的30BaO-15TiO2-55GeO2(BT1.67G + 0.5Eu)玻璃体系的结晶机制,并分析其微观结构、热学、光学、光致发光及电学性能。
研究成果
成功合成了掺杂Eu2O3的BT1.67G玻璃陶瓷,并实现了可控晶化。该晶化为扩散控制的表面晶化过程,具有零核化速率和恒定核化速率。所得玻璃陶瓷含有Ba2TiGe2O8纳米晶体(20-100纳米),表现出增强的光致发光性能、高介电常数(5MHz时高达210)、低损耗,并呈现表明铁电畴存在的磁滞回线。本研究为透明玻璃陶瓷提供了优化的热处理条件,其在光电子领域具有潜在应用价值。
研究不足
该研究仅限于特定的玻璃成分和Eu2O3掺杂水平。由于晶粒尺寸增大和散射效应增强,随着热处理时间延长,微晶玻璃的透明度会降低。磁滞回线显示极化值较小,表明在该纳米复合体系中实现强铁电性能存在挑战。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用熔融淬冷法制备玻璃,随后通过热处理实现可控晶化。结晶动力学分析综合运用了线性(Kissinger、Augis-Bennett、Ozawa、Matusita)与非线性(Avrami-Erofeev)固态反应模型,以及无模型Friedman方法。
2:样品选择与数据来源:
以高纯度原料配制30BaO-15TiO2-55GeO2玻璃基质,掺杂0.5 mol% Eu2O3。样品在750°C下进行不同时间(3、6、9、12、15小时)的热处理。
3:5 mol% Eu2O3。样品在750°C下进行不同时间(15小时)的热处理。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:原料包括GeO2(Sigma-Aldrich)、BaCO3(Fluka Chemica)、TiO2(Merck India Ltd.)、Eu2O3(Sigma Aldrich)。设备包含差示扫描量热仪(NETZSCH STA 449 F3)、膨胀仪(NETZSCH DIL 402 PC)、X射线衍射仪(PANalytical XPERT-PRO MPD)、场发射扫描电镜(Carl Zeiss Gemini Suprat 35 VP)、透射电镜(FEI Tecnai G2 30ST)、傅里叶变换红外光谱仪(Perkin-Elmer Frontier)、紫外-可见-近红外分光光度计(Perkin-Elmer Lambda 950)、荧光光谱仪(Photon Technology International Quanta Master)、棱镜耦合仪(Metricon 2010/M)、LCR测试仪(Hioki 3532-50 Hitester)及陶瓷多层致动器测试平台(aixCMA)。
4:3)、膨胀仪(NETZSCH DIL 402 PC)、X射线衍射仪(PANalytical XPERT-PRO MPD)、场发射扫描电镜(Carl Zeiss Gemini Suprat 35 VP)、透射电镜(FEI Tecnai G2 30ST)、傅里叶变换红外光谱仪(Perkin-Elmer Frontier)、紫外-可见-近红外分光光度计(Perkin-Elmer Lambda 950)、荧光光谱仪(Photon Technology International Quanta Master)、棱镜耦合仪(Metricon 2010/M)、LCR测试仪(Hioki 3532-50 Hitester)及陶瓷多层致动器测试平台(aixCMA)。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:玻璃在1300°C熔融2小时后浇注,经630°C退火处理,切割抛光后于750°C进行加热/冷却速率1°C/min的热处理,依次开展DSC、XRD、FESEM、TEM、FTIR、光学、介电及磁滞等表征测试。
5:数据分析方法:
动力学参数通过NetzschThermokinetics软件解析,晶粒尺寸采用Scherrer公式计算,光学带隙通过Tauc图谱确定,介电与磁滞特性经测量分析获得。
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