Bi4Ti3O12基共生铋层状铁电单晶的生长及其结构与性能关系研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51562014
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    41.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E02.无机非金属材料
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Bi4Ti3O12-SrBi4Ti4O15 (BiT-SBT) is a representative kind of intergrowth bismuth layer-structured ferroelectric materials, which has been attracted much attention due to its superlattice-structure as well as high Curie temperature and other excellent electrical properties. The BiT-SBT and Nd/La-modified BiT-SBT crystals are expected to exhibit superior piezoelectric properties than those of ceramics. In this project, the top-seeded solution growth (TSSG) technique is employed to grow BiT-SBT single crystal, and the seed crystal is obtained by sieve method. The high quality BiT-SBT and Nd/La-modified BiT-SBT single crystal with diameter over 10mm can be obtained by optimizing growth parameters, such as growth speed, the rotation rate of seed and the proportion of Bi2O3 flux etc. In addition, the segregation will be studied to improve the homogeneity of the crystal. Dielectric, piezoelectric and ferroelectric properties are to be systemically investigated as functions of temperature, frequency, composition and crystal orientation. Moreover, the relationship among electronic structure, ionic displacement and electric properties are to be studied by experimental methods and first-principles, revealing the possibility of high piezoelectric in BiT-SBT single crystal high index orientation, which greatly provide the technical foundation and theoretical basis to promote the application of bismuth layer-structured piezoelectric single crystals.
Bi4Ti3O12-SrBi4Ti4O15(简称BiT-SBT)是一类典型的共生铋层状铁电体材料,因具有天然超晶格结构及高居里温度、高铁电压电性能而被引起广泛关注,预计共生铋层状BiT-SBT单晶及Nd/La改性单晶将表现出比陶瓷更为优越的铁电压电性能。本项目拟采用顶部籽晶助熔剂法生长BiT-SBT系及其Nd/La改性单晶,利用逐步淘汰法培育BiT-SBT籽晶,通过调整生长速度、籽晶旋转速率、Bi2O3助熔剂添加比例等晶体生长工艺参数,弄清单晶生长中组分分凝规律,以期最终生长出直径大于10mm、质量优异的BiT-SBT系及其Nd/La改性单晶,并将对所得到单晶的压电、铁电、介电等性能进行系统表征;在实验研究基础上,利用第一性原理研究该单晶电学性能与其电子结构、离子位移等微观物理量的关系,并探索BiT-SBT系单晶高指数方向高压电性能的可能性,为推动铋层状单晶的应用提供技术基础和理论依据。

结项摘要

本项目采用熔融法生长制备出Bi4Ti3O12(BIT)单晶,对BIT单晶材料的制备工艺、生长机理以及晶体结构进行了系统探究。所制备出的淡黄色单晶样品尺寸约为10mm×10mm×5mm,使用XRD、SEM、TEM等测试手段对晶体结构进行全方位表征分析。XRD图谱分析表明生成了BIT主晶相,样品截断面SEM照片显示单晶具有二维生长特性,自然显露面为(001),TEM得到的晶格条纹图中可以看出(117)面天然超晶格条纹,面间距为0.296nm,研究表明采用熔融法并控制合适的降温速率可以制备出单晶样品,这一结果为制备更高质量的BIT单晶材料的制备与性能研究打下重要的基础。本项目还对BIT基共生铋层状陶瓷材料的制备工艺、晶体结构和各项物理性能进行了系统研究,采用固相法制备了Na0.5Bi8.5Ti7O27(NBT-BIT)共生铋层状无铅压电陶瓷材料,研究了不同离子掺杂组分对陶瓷材料的性能和缺陷机制的影响,获得了Er3+、Ce3+、Mn3+等离子对BIT基共生铋层状陶瓷材料压电、铁电、介电性能随温度、应力和电场变化的作用规律,探讨了缺陷对陶瓷各方面性能的优化作用,结合稀土离子光致发光特性综合探讨了掺杂对体系结构和性能的影响机制。研究成果对BIT基共生铋层状材料在高温应用领域中实现光电多功能一体化进程具有重要推动作用。

项目成果

期刊论文数量(25)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Ce掺杂CaBi8Ti7O27共生铋层状铁电陶瓷的结构与电学性能
  • DOI:
    10.14062/j.issn.0454-5648.2018.09.04
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    硅酸盐学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    樊刚;江向平;江福兰;陈超;涂娜;陈云婧;舒凯征;杜克亿;江兴安
  • 通讯作者:
    江兴安
Ce~(3 )掺杂Na_(0.5)Bi_(8.5)Ti_7O_(27)铋层状陶瓷的结构与电性能研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    无机材料学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡浩;江向平;陈超;聂鑫;黄枭坤;苏春阳
  • 通讯作者:
    苏春阳
Photoluminescence and electrical properties of Eu3+-doped Na0.5Bi4.5Ti4O15-based ferroelectrics under blue light excitation
Eu3+掺杂Na0.5Bi4.5Ti4O15基铁电体在蓝光激发下的光致发光和电学性质
  • DOI:
    10.1007/s11706-016-0328-x
  • 发表时间:
    2016-03-01
  • 期刊:
    FRONTIERS OF MATERIALS SCIENCE
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Jiang, Xing-an;Jiang, Xiang-ping;Zhang, Ban-chao
  • 通讯作者:
    Zhang, Ban-chao
Orientation dependence of electric field induced phase transitions in lead-free (Na0.5Bi0.5)TiO3-based single crystals
无铅 (Na0.5Bi0.5)TiO3 基单晶中电场诱导相变的取向依赖性
  • DOI:
    10.1111/jace.16238
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of the American Ceramic Society
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Chen Chao;Wang Yaojin;Jiang Xiangping;Tu Na;Chen Yunjing;Zhou Shulan;Xia Xiang;Shen Zongyang;Luo Haosu
  • 通讯作者:
    Luo Haosu
Nd~(3 )掺Na_(0.25)K_(0.25)Bi_(2.5)Nb_2O_9压电陶瓷的结构与性能
  • DOI:
    10.14062/j.issn.0454-5648.2017.03.04
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    硅酸盐学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    罗雨涵;江向平;陈超;涂娜;陈云婧;江兴安
  • 通讯作者:
    江兴安

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其他文献

晶粒尺寸对钛酸铋基无铅压电陶瓷的结构与性能影响
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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水热粉体制备(K,Na)NbO3陶瓷的电学性能研究
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    --
  • 发表时间:
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    --
  • 作者:
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    江向平;涂娜;李菊梅
  • 通讯作者:
    李菊梅
Ce 掺杂Na0.25K0.25 Bi2.5Nb2O9 -0.4wt%Cr2O3高温无铅压电陶瓷的研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    硅酸盐通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    江向平;陈超;涂娜;李小红
  • 通讯作者:
    李小红
(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(1-x)Zr_x)O_3无铅压电陶瓷的性能研究
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  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    人工晶体学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李璐;江向平;陈超;易文斌;涂娜;李小红
  • 通讯作者:
    李小红

其他文献

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相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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