VoL.23 No.1 刘静波等：模式识别对La,Ba-,TO,纳米多晶制备工艺参数的设计 57 I200 集，选取对原始晶粒尺寸影响较大的摻杂量x, 9 干燥温度，成胶酸度pH和焙烧温度24个因 素构成四维样本空间；以原始晶粒尺寸d作为 4 舌 分类依据，其值利用XRD峰展法进行测试，通 10 过谢乐公式求算，按dk15nm,15nm≤d≤25 nm,d>25nm将样本分为3类，综合考虑晶化度 及粒径尺寸选择上述指标为分类依据. 表1制备La,Ba1-,TiO,纳米晶的工艺参数及纳米晶尺寸 Table 1 Synthesis parameters of La,Ba-,TiO,nanocrystal preparation and grain size 序号 tW℃ pH tW/℃ d/nm 12 10.30 0 3.8 600 12.6 0.30 10 3.8 800 13.6 0.10 3.7 600 15.2 20 40 60 50 0.10 50 4.0 800 17.0 28/) 0.10 25 3.0 850 19.6 图5不同合成工艺条件下试样RD联合谱图 6 0.10 50 3.7 1000 19.7 Fig.5 Combined XRD patterns of synthesis parameters > 0.30 70 3.8 1000 19.8 致(JCPDS:50626),各试样的峰强和宽化程度 8 0.00 90 3.5 710 21.0 0.10 600 21.2 有所不同.未经掺杂的以及掺杂的BaTiO,于 10 0.10 70 3.8 1000 22.2 600-1400℃/2h条件下焙烧，均形成了完全四方 11 0.00 0 3.5 800 22.4 相，晶粒发育良好；随着焙烧温度的升高晶化程 0.30 3.8 1400 28.1 度增大晶粒亦增大；相同焙烧条件下，掺杂配比 3 0.10 70 3.8 1300 37.3 14 0.00 % 3.5 1100 42.0 增大，晶化程度趋好，粒径偏小；La取代后会造 15 0.00 90 3.5 1200 47.8 成晶胞参数的变化，使ca值趋于1网，根据峰展 16 0.00 8 3.5 1400 55.5 法采用[100]晶面，经由谢乐公式d=Jcos0可 计算晶粒尺寸. 通过非线性映照，获得二维分类图（图6）. 2.4模式识别分析 图6中只给出分界线，而没有相应的坐标，因为 实验中我们发现：溶胶一凝胶合成过程中 无须对样本的原始特征进行直接判别分析，故 酸度的控制直接涉及到能否成胶，只有pH控制 没有建立多维空间与二维空间坐标间的对应关 在3~4范围内，才能获得质量较好的溶胶，酸度 系.由图可见，3类样本被较好地分开，分类图6 过高或过低将无法保证获得纳米尺度的多晶粒 中只有1个误判点. 子；镧系元素作为施主掺杂，对BaTiO:的半导 在获得非线性映照图后，可利用该图对制 化有重要作用，也影响原始晶粒的尺寸，因此严 备LaBa-TiO,纳米晶的工艺参数进行设计.为 格控制摻杂配比对材料的性能至关重要；湿凝 此，在图6所示的目标区内选定2个点，通过逆 胶的干燥温度及焙烧温度的变化对晶化度和粒 映照确定其工艺参数，并根据设计的工艺参数 子尺寸影响很大.由此可见，掺杂量、成胶酸度、 通过实验验证，结果如表2所示，根据设计参数 干燥温度、焙烧温度是影响多晶粒子的重要因 进行实验获得的原始晶粒尺寸为16.3和17.6处 素，而且这4个因素互相制约，呈非线性关系， 于15到25m之间设计范围内. 从实验中只能获得定性关系，无法用于材料设 表2逆映照设计的工艺参数及实验结果 计，因此本文利用非线性映照及逆映照来实现 Table 2 Processing parameters designed by reverse ma- 这一目的. pping and experimental result x t/℃ pH t/℃ d/nm 3数据处理及工艺设计 0.10 50 3.7 800 16.3 0.10 70 3.8 800 17.6 表1列出实验中获得的16组数据组成样本、 勺 刘 静波等 模式识别对 氏 一 ， 纳米 多 晶制备工 艺参数 的设计 盯 ， 。 ， ，’” ， 户 、 ， 阅 ， ‘ 八 ’ 集 ， 选取对原始 晶粒尺 寸影 响较大 的掺杂量 ， 干燥温度 ， ， 成胶酸度 和 焙烧温度 九 个 因 素构成 四维样本空 间 以原始 晶粒尺 寸 作为 分类依据 ， 其值利用 峰展法进行测试 ， 通 过谢乐公式求算 ， 按 ， 巧 ‘ ‘ ， 将样本分为 类 ， 综合考虑 晶化度 及粒径尺寸选择上述指 标为分类依据 侧葱友罕目 表 制 备 二 一 认 纳 米 晶的工艺参数及纳米晶尺寸 卜 认 叮 流 序号 ℃ 塑 舰 ， 叮 内‘︸︸ … ，︸ ‘，‘ ‘ 工︵了 … 」内气 内︸，二 “吕一气 … 妇，，︸工﹃，︸，吕以哎一 ”﹄︸八︸︹︸ 凡内八内︶︸ ︸︸一︸ 些 圈 不 同合成工艺 条件下试样 联合谱 图 馆 盯 致 ， 各试样 的峰强 和 宽化程度 有所 不 同 未 经掺杂 的 以 及 掺杂 的 于 一 ℃ 条件下焙烧 ， 均形成 了完全 四方 相 ， 晶粒发育 良好 随着焙烧温度 的升高晶化程 度增大 晶粒亦增大 相 同焙烧条件下 ，掺杂配 比 增大 ， 晶化程度趋好 ，粒径偏小 取代后会造 成 晶胞参数 的变化 ， 使 值趋于 ， ， 根据峰展 法采用 【 」晶面 ， 经 由谢乐 公式 烈渭 可 计算 晶粒尺寸 模式识别分析 实验 中我们发现 溶胶一凝胶合成过程 中 酸度 的控制直接涉及到能否成胶 ， 只有 控制 在 礴 范 围 内 ， 才能获得质量较好的溶胶 ， 酸度 过高或过低将无法保证获得纳米尺度 的多 晶粒 子 斓系元素作 为施 主掺杂 ， 对 ， 的半导 化有重要作用 ， 也影 响原始 晶粒的尺寸 ， 因此严 格控制掺杂配 比对材料 的性 能至关重要 湿凝 胶 的干燥温度及焙烧温度 的变化对晶化度 和粒 子尺寸影 响很大 由此可见 ， 掺杂量 、 成胶酸度 、 干燥温度 、 焙烧温度是影 响多 晶粒子 的重要 因 素 ， 而且这 个 因素互相制 约 ， 呈非线性关系 ， 从实验 中只 能获得定性关系 ， 无法用 于材料设 计 ， 因此本文利用 非线性 映照及逆映照来 实现 这一 目的 数据处理及工艺设计 表 列 出实验 中获得 的 组数据组成样本 通过非线性 映照 ， 获得二维分类 图 图 图 中只 给出分界线 ， 而没有相应 的坐标 ， 因为 无须对样本 的原始特征进行直接判别分析 ， 故 没有建立多维空 间 与二维空 间坐标间的对应关 系 由图可见 ， 类样本被较好地分开 ， 分类 图 中只 有 个误判点 在获得非线性 映照 图后 ， 可利用 该 图对制 备 动 一 ， 纳米 晶 的工艺参数进行设计 为 此 ， 在 图 所示 的 目标 区 内选定 个点 ， 通过逆 映照 确定其工艺参数 ， 并根据设计 的工艺参数 通过实验验证 ， 结果如表 所示 ， 根据设计参数 进行实验获得 的原始 晶粒尺寸为 和 处 于 到 之间设计范 围内 表 逆映照 设计的工艺参数及 实验结果 咖 · ， ℃ ℃ 留钊