烧结温度对水热合成0.5BCT-0.5BZT陶瓷结构和介电性能的影响

时间：2026年2月8日

来源：Micro and Nanostructures

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无铅复杂钙钛矿陶瓷0.5BCT-0.5BZT通过环保水热法合成并不同温度烧结（900-1300℃），研究表明烧结温度升高导致晶粒尺寸增大（0.12-0.39μm）和致密化，XRD证实单相结构无次生相，介电常数随温度升高至1300℃达到峰值，铁电性能（剩磁、矫顽力）提升，适用于高功率无铅电容器和储能器件。

Gun Anit Kaur | Neha Kumari | Sahil Kumar | Mamta Shandilya

印度索兰（Solan）舒利尼生物技术与管理科学大学（Shoolini University of Biotechnology and Management Sciences）物理与材料科学学院，邮编173229

摘要

通过环保的水热法制备了无铅复合钙钛矿0.5BCT-0.5BZT陶瓷，并在900至1300°C的不同温度下进行烧结。详细讨论了烧结温度对晶粒尺寸变化的影响。X射线衍射证实形成了单一相的钙钛矿结构，没有二次相出现；峰位的移动表明由于Ca²⁺和Zr⁴⁺的掺入导致晶格发生了畸变。扫描电子显微镜（SEM）分析显示，随着烧结温度的升高，晶粒尺寸（0.12–0.39 μm）逐渐增大，密度增加，同时孔隙率降低。在100 Hz至100 kHz的频率范围内测量了温度依赖的介电性能。当烧结温度升至1300°C时，BCT-BZT材料表现出高度致密的微观结构。相对介电常数随烧结温度的增加而增加，在1300°C时达到最大值，这得益于晶粒生长和密度的提高。该材料在高温下表现出扩散型相变行为和低介电损耗，适用于电容器应用。铁电（P–E）测量结果显示，随着烧结温度的升高，饱和度和剩余极化强度增加，矫顽场减小，这与畴壁移动性的提高一致。这些结果表明，烧结条件的优化显著提升了水热合成BCT–BZT陶瓷的介电和铁电性能，使其成为高性能无铅电容器和储能设备的有力候选材料。

章节摘录

引言

由于工业化的快速发展，能源需求不断增加，能源价格也在上升，这已成为一个主要问题。现代研究重点关注更清洁、可持续的能源来源，如太阳能、风能、振动能、热能等。近年来，科学界在探索、开发和设计新型纳米材料方面投入了大量努力。

实验

使用水热法在不同烧结温度下制备了0.5BCT-0.5BZT陶瓷。所有起始材料包括八水合氢氧化钡（Ba(OH)²*8H₂O（Sigma Aldrich，纯度99%）和四异丙氧基钛（C12H28O4Ti）（Sigma Aldrich，纯度99%）均被均匀混合。首先制备了起始材料的均匀混合物，然后逐滴加入氢氧化钾（KOH）以保持溶液的pH值大于7。

XRD分析

图1（A, B）显示了在900°C、1000°C、1100°C、1200°C和1300°C下烧结2小时的BCT-BZT样品的室温XRD图谱。XRD峰清晰且明显，表明样品具有良好的结晶性和均匀性。此外，衍射图谱显示形成了钙钛矿相，没有其他二次相或成分蒸发。所有布拉格峰均与标准BaTiO₃图谱（37, 38）相对应。