含钽或铌的铁电材料，包括SrBi<,2>Ta<,2>O<,9>（SBT，），Sr<,x>Ba<,1-x>Nb<,2>O<,6>（SBN），LiNbO<,3>等，由于在微电子学和光电子学领域（如铁电存储器和电光器件）有着重要的应用前景，而一直受到人们的广泛关注。而最近十几年来，一系列钽酸盐和铌酸盐（如InTaO<,4>，InNbO<,4>和Sr<,2>Nb2O<,7>等）成为光催化剂发展中异军突起的新材料，在把水通过光催化分解成氢气和氧气方面，特别是直接利用太阳能可见光部分，取得了突破性进展，成为研究的热点。 湿化学法包括溶胶凝胶法、金属有机物分解法（MOD）和化学溶液沉积法等，其制备的薄膜和粉末具有微区组分高度均匀，成本低，适于工业化应用等特点。目前，湿化学法合成含钽或铌的材料，使用的主要前体是钽和铌的醇盐或氯化物，然而它们都存在着一些缺点。醇盐的价格昂贵，而且对潮湿极端敏感；而氯化物容易引入氯离子，会恶化材料的光电性能。因而，人们迫切需要发展其他稳定的、廉价的、高质量钽和铌前体。 本文的目的是使用五氧化二钽（Ta<,2>O<,5>）和五氧化二铌（Nb<,2>O<,5>）这两种廉价、稳定的原料，发展一种合成稳定的水溶性的钽或铌的前体的方法。对合成的前体，采用一系列分析方法进行了较深入的表征。同时利用自制的前体，运用改进的Pechini的方法，制备了几种典型的铁电材料（SBT，SBN，LiNbO<,3>，LiTaO<,3>）和光催化材料（BiTa<,0.8>Nb<,0.2>O<,4>，Sr<,2>Nb<,2>O<,7>，Sr<,2>Ta<,2>O<,7>），研究它们的合成工艺，并对结构、形貌和一些铁电性能进行了表征。 本文的主要的进展如下： 1．使用五氧化二钽（Ta<,2>O<,5>），通过碱熔法合成了几种水溶性钽前体（过氧化酒石酸钽溶液、过氧化柠檬酸钽前体溶液、草酸钽前体溶液）。通过优化工艺合成条件，在五氧化二钽和氢氧化钾的摩尔比为1∶20的条件下，获得了纯度＞99％、产率为56％的稳定的水溶性钽前体溶液。红外光谱证实钽以金属螯合物的形式（COO-Ta-O）存在于钽前体溶液中。研究了钽前体溶液的热分解特性，过氧化柠檬酸钽、过氧化酒石酸钽完全热分解温度分别为500℃和450℃，而草酸钽前体溶液的完全分解温度较低，为380℃。 2．使用五氧化二铌（Nb<,2>O<,5>），通过碱熔法合成了几种稳定水溶性的铌前体（过氧化酒石酸铌溶液、过氧化柠檬酸铌前体溶液、柠檬酸铌前体溶液），优化了工艺合成条件。最终在五氧化二铌和氢氧化钾的摩尔比为1∶10的条件下，获得了获得了纯度＞99％、产率为～70％的稳定的水溶性铌前体溶液。铌以金属螯合物的形式（COO-Nb-O）存在于前体溶液中。研究了铌前体溶液的热分解特性，过氧化柠檬酸铌、过氧化酒石酸铌、柠檬酸铌前体完全热分解温度均在500℃。 3．运用改进的Pechini方法，使用自制的水溶性钽或铌前体制备了几种铁电纳米粉末（SBT，SBN，LiTaO<,3>，LiNbO<,3>），且分别在650℃，750℃，600℃，500℃条件下得到了结晶良好的纯铁电相的粉末。而且所获得的粉末晶粒尺寸较小，均在15～50nm之间。同时比较了由Pechini方法、MOD法和固相烧结方法所获得的粉末的比表面积，Pechini方法制得的粉末比表面积最高为6.7m<’2>/g。 4．用Pechini方法，以自制的水溶性钽或铌前体为原料制备了几种光催化粉末（BiTa<,0.8>Nb<,0.2>O<,4>，Sr<,2>Nb<,2>O<,7>，Sr<,2>Ta<,2>O<,7>）。在850℃获得了三斜相的BiTa<,0.8>Nb<,0.2>O<,4>，其光学能隙为2.9eV。在850℃获得结晶良好的钙钛矿相的Sr<,2>Nb<,2>O<,7>和Sr<,2>Ta<,2>O<,7>粉末，同1300℃固相烧结得到的粉末相比，具有较小的晶粒尺寸（～40－100nm）和较高的比表面积（～10m<’2>/g）。 5．用Pechini方法，以自制的过氧化柠檬酸钽作为钽源，750℃下制备了结晶良好的钙钛矿相SBT铁电薄膜。对SBT薄膜的铁电、介电、疲劳性质进行了初步的研究。SBT薄膜显示出饱和的电滞回线和C-V回线，在3V电压下，剩余极化（2P<,r>）值为8.8μC/cm<’2>，矫顽场（Ec）为30.6kV／cm。通过介电频谱的测量，计算出SBT薄膜在1MHz下的介电常数为355，介电损耗为0.047，与文献值相吻合。疲劳测试表明，SBT薄膜在脉冲翻转次数1.5×10<’8>次前Pnv值变化很小，翻转次数达到10<’9>后明显降低，Pnv下降了30％。Pechini方法衍生的SBT薄膜展示了良好的应用前景，工艺尚需进一步优化。 总之，一系列研究表明，我们采用碱熔法利用钽和铌的氧化物发展的合成稳定的水溶性的钽或铌的前体的方法，是可行的，在铁电和光催化材料领域有较大的应用价值，进一步深入和广泛的研究工作是需要的。

    关键词：
    水溶性铌 钽前体 光催化材料
    作者：
    程进波
    学位授予单位：
    南京大学
    授予学位：
    硕士
    学科专业：
    材料物理与化学
    导师姓名：
    李爱东
    学位年度：
    2005
    语种：
    中文
    分类号：
    TN304.9