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Sr2Nb3O10二维无机钙钛矿的可控制备与表征开题报告

 2020-02-10 11:02  

1. 研究目的与意义(文献综述)

钙钛矿材料因为其结构的特殊性和种类的多样性,在电子器件,光伏材料等领域得到了越来越多的应用。钙钛矿是指以CaTiO3为代表的一类ABO3型三元化合物,正交晶系,面心立方格子,由氧离子和半径较大的A离子共同组成立方最紧密堆积,而半径较小的B离子填于1/4的八面体空隙中。钙钛矿结构有很大的改变空间,比如A可以替换为碱土元素(Ca,Sr,Ba等),B可以由过渡金属元素(Nb,Pb,Ti等)代替,甚至可以被一些有机基元和卤化物替换而仍然保持钙钛矿型结构。比如在KCa2Nb3O10中,三层以角连接的方式连接的NbO6八面体与层间K 离子交替排列连接,层间K 离子可以与H 离子在酸溶液中发生离子交换生成HCa2Nb3O10。HCa2Nb3O10经过液相剥离,可以获得仍然保持初始钙钛矿结构的二维的Ca2Nb3O10[1]。经过此过程制得的二维无机钙钛矿呈薄膜片状,具有着突出的电学性能,在新型电容器等方面有着广阔的应用前景。另外将二维无机钙钛矿与其他材料进行复合也是目前的的研究热点之一。

在对二维无机钙钛矿的研究中,一些国内外学者对二维无机钙钛矿的合成和晶体结构开展了详细的研究和分析。其中典型的研究对象有KCa2Nb3O10[1][4]和KCa2Nbn-3Nb(n)O3n 1(n=4-6)[2],二维无机钙钛矿的合成工艺已经比较成熟。目前关于二维无机钙钛矿的研究有两个方向,一是利用XRD等分析方法对钙钛矿的合成中的机理开展研究,比如晶体结构上的变化。另一个研究方向是将二维无机钙钛矿与其他材料进行复合,获得新型的功能材料。在比较成熟的Ca2Nb3O10体系的基础上,本次的论文选题为Sr2Nb3O10二维无机钙钛矿的可控制备与表征。一方面铌酸盐材料具有优秀的压电和铁电等电学性能,制成二维材料后有望提升其电学性能,另一方面KSr2Nb3O10与KCa2Nb3O10有类似的晶体结构,所以具有合成二维无机钙钛矿材料的可能。在本课题的研究中,希望可以获得新型Sr2Nb3O10二维无机钙钛矿,并对其组成、结构以及性能进行分析与表征,为二维无机钙钛矿的进一步应用研究提供新的材料体系。


2. 研究的基本内容与方案

毕业设计以开发新型sr2nb3o10二维无机钙钛矿为主要研究目标。利用高温烧结法制备ksr2nb3o10陶瓷粉末,离子交换法制备hsr2nb3o10陶瓷粉末以及液相剥离的方法制备sr2nb3o10二维无机钙钛矿。最后利用xrd,afm,sem,tem和等离子icp等测试手段对材料的形貌,晶体结构,化学成分,厚度,尺寸等进行分析与表征。

技术方案

实验主要试剂:k2co3,srco3,nb2o5,hno3(5mol/l),tbaoh等。

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第4-7周:按照设计方案,完成ksr2nb3o10及hsr2nb3o10陶瓷粉料的合成。利用sem,xrd等离子icp,ft-ir测试手段对其形貌,晶体结构,化学成分进行表征与分析。

第8-12周:完成sr2nb3o10二维无机钙钛矿的合成。利用afm,xrd等离子icp等测试手段对其形貌,晶体结构,化学成分进行表征与分析。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]y. ebina, t. sasaki, m. watanabe. study on exfoliation of layered perovskite-type niobates [j]. solid state ionics, 2002, 151, 177-182.

[2]y. ebina, k. akatsuka, k. fukuda, and t. sasaki. synthesis and in situ x-ray diffraction characterization of two-dimensional perovskite-type oxide colloids with a controlled molecular thickness [j]. chemistry of materials , 2012, 24, 4201-4208.

[3]s. akbarian-tefaghi and j. b. wiley. microwave-assisted routes for rapid and efficient modification of layered perovskites [j]. dalton transactions, 2017, doi:10.1039/c7dt03865h.

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