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摘 要

本实验采用水热法来合成单晶压电PMN-PT纳米线。新的PMN-PT纳米线显示压电常数为381 pm/ V，平均值为373±5 pm/V。这大约是已知的一维氧化锌纳米结构最大值的15倍和一维压电纳米结构最大值的3倍。我们的研究显示纳米线对于纳米发动机、纳米传感器和纳米制动器具有良好的应用前景。

PMN-PT纳米线的合成是基于水热方法，即在搅拌条件下，混合乙酰丙酮镁、三水合乙酸铅、乙醇铌、二（乙酰丙酮基）-钛酸二异丙酯、1,1,1-三羟甲基乙烷、聚乙二醇-200和甲醇。溶胶-凝胶反应的浓度是0.01 M。在快速搅拌条件下10 ml PMN-PT溶胶-凝胶分散到蒸馏水中得到60毫升的生成物。20克的氢氧化钾慢慢添加到黄色的均匀生成物中作为矿化剂，生成白色沉淀。最终产物被引入到反应釜中密封,并保存在200 °C的烘箱中10 小时。冷却后,用去蒸馏水和乙醇将黄色的悬浮物清洗6次，以去除任何不需要的元素，并在烘箱中设置100 °C干燥一晚。收集包含PMN-PT纳米线的白色粉末作为最终产物。

关键词：纳米材料 光催化性能 PMN-PT 水热

Synthesis of PMN-PT and Catalytic property

ABSTRACT

Here,we report the synthesis of single-crystal piezoelectric PMN-PT nanowires by the hydrothermal method.The novel PMN-PT nanowires show a piezoelectric constant up to 381 pm/ V,with an average value of 373±5 pm/V.This is about 5 times higher than the maximum reported value of 1-D ZnO nanostructures and 3 times higher than the largest reported value of 1-D PZT nanostructures.

Our synthesis of PMN-PT nanowires is based on a hydrothermal method that is a versatile method to synthesize ceramic nanoparticals and nanowires.Chemical grade, stoichiometric amounts of lead acetate trihydate, magnesium 2,4-pentanedionante dehydrate, niobium ethoxide, titanium diisopropoxide bisacetyl acetonate, and 1,1,1-tri-(hydroxymethyl)ethane were mixed with poly(ethylene glycol)-200 and methanol mixture under stirring condition. The concentration of the resulting sol−gel was 0.01 M. 10 ml of PMN-PT sol−gel was dispersed into distilled (DI) water to form a 60 ml solution under strong stirring condition. 20 g of KOH was slowly added into this yellow homogeneous solution as the mineralizer, and a white precipitate was formed. The final product was introduced into a homemade autoclave (80 ml in volume), sealed, and kept in an oven at 200 °C for 10 h. After cooling, the yellow suspension was washed with DI water and ethanol six times to remove any unwanted element and dried at 100 °C in an oven overnight. A white powder which consisted of PMN-PT nanowires was obtained as the final product.

Key words: nanometer materials, catalytic property, PMN-PT, hydrothermal

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.1.1化石燃料消耗与环境污染 1

1.1.2环境净化技术及其必要性 1

1.2 光催化和环境净化技术 2

1.3 光催化技术的应用 3

1.3.1 在家庭生活中的应用 3

1.3.3 在公路、建材方面的应用 4

1.3.4 在杀菌、除臭等方面的应用 5

1.4 本课题研究的主要内容 5

1.4.1 PMN-PT概述 5

1.4.2 PMN-PT的合成方法 6

第二章 实验部分 8

2.1 实验原料 8

2.2 实验仪器 9

2.3 PMN-PT的制备 9

2.3.1 配置PMN-PT 溶液 9

2.3.2 水热反应 10

2.4 样品性能测试 10

2.4.1 物相分析（XRD） 10

2.4.2形貌分析（SEM） 11

2.4.3紫外-可见光分光光度计（UVPC） 11

2.4.4光催化活性的测试 11

第三章 结果与讨论 12

3.1 不同反应条件对PMN-PT合成的影响 12

3.1.1矿化物浓度 12

3.1.2 偶联剂的加入量 13

3.1.3 反应温度 14

3.1.4 反应时间 15

3.2 PMN-PT的形貌分析 16

第四章 结论与展望 22

4.1 结论 22

4.2 存在的问题及展望 23

参考文献 24

致谢 25

第一章 绪论

1.1课题背景

1.1.1 化石燃料消耗与环境污染

在18世纪以后，人类利用化石燃料创造了方便快捷的社会环境，但同时也引发了许多环境问题。当我们审视世界化石燃料消耗量的逐年变化图，会发现20世纪中叶之前消耗增长并不大，只是到了1950年左右，消耗量才开始急剧增大，距今只有60多年的时间。今后随着能源需求的指数函数式增长，化石燃料的开采已经远远跟不上能源需求的增长。很多预测表明到2020～2030年化石燃料消耗量将达到一个峰值 ，随后将急剧减少。也就是说，容易使用的化石燃料，大部分将在短短70～80年间被我们这一代人使用殆尽。

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