Structurele karakteriseringen en diëlektrische eigenschappen van bol- en staafachtige PbTiO3-poeders gesynthetiseerd via gesmolten zoutsynthese

Resultaten en discussie

Fasestructuur en morfologie van PTO-poeders gesynthetiseerd door MSS-methode

XRD-patronen van de PTO-poeders gesynthetiseerd door de MSS-methode bij 950 ° C gedurende 5 uur onder verschillende gesmolten zoutgehaltes worden getoond in Fig. 1. Er wordt waargenomen dat alle XRD-diffractiepieken perfect kunnen worden geïndexeerd met de tetragonale PTO (JCPDS No. 06–0452, P 4mm ruimtegroep, roosterconstante a = 0.390 nm en c = 0.415 nm), en er worden geen andere onzuiverheidsfasen gedetecteerd. Normaal gesproken is het XRD-patroon in het 2θ = 45°-gebied kenmerkend voor de aanwezigheid van een kubische of tetragonale perovskietstructuur. In dit geval is de splitsing van kubische (200) in tetragonale (200) en (002) reflecties bij ongeveer 2θ = 45 ^° wordt duidelijk waargenomen, wat wijst op de vorming van zuivere tetragonale ferro-elektrische fase. De roosterparameters (a en c ) van de tetragonale PTO-poeders kan worden berekend met de volgende vergelijking:

waar d is de interplanaire afstand tussen de aangrenzende (hkl ) vliegtuigen, en a en c zijn de roosterparameters in de tetragonale fasestructuur. De roosterparameters a van de PTO-poeders berekend op basis van XRD-patronen lag in het bereik van 0,3905-0,3911 nm, en c in het bereik van 0,4077-0,4089 nm. Details worden weergegeven in Tabel 1. De c /een verhouding lag in het bereik van 1,043-1,047 met een gemiddelde waarde van 1,045, kleiner dan 1,064 voor PTO-monokristal. Uit de XRD-patronen getoond in Fig. 1 kan worden waargenomen dat de fasestructuur van de PTO-poeders niet wordt beïnvloed door het gesmolten zoutgehalte. Alle PTO-poeders kristalliseerden in een tetragonale fasestructuur met een ruimtegroep van P 4mm . Onlangs hebben de theoretische studies over de structurele evolutie van perovskiet-PTO van een 0D-cluster naar een 3D-kristal door de CALYPSO (Crystal structure AnaLYsis by Particle Swarm Optimization) structuurzoekmethode in combinatie met dichtheidsfunctionaaltheorie-berekeningen onthuld dat de grondtoestandstructuur van PTO bij omgevingsdruk is de P 4mm fase en de quasi-planaire structuur van het PTO-cluster en de 2D PTO-dubbellaag zijn ook stabiel bij omgevingsdruk [20]. De SEM-EDS-onderzoeken van de PTO-poeders worden getoond in Fig. 2. De SEM-afbeeldingen getoond in Fig. 2a-e laten zien dat de PTO-poeders voornamelijk uit veel bolachtige nanodeeltjes bestaan, behalve slechts een paar staafachtige deeltjes. Met het verhogen van de molaire verhouding van PbC₂ O₄ :TiO₂ :NaCl:KCl van 1:1:10:10 tot 1:1:60:60, veranderde de morfologie van de PTO-poeders blijkbaar niet, zoals weergegeven in Fig. 2a-e. Dat betekent dat verschillende hoeveelheden van dezelfde gesmolten zouten alleen als reactiemedium werken, ze hebben alleen invloed op de diffusiesnelheid van reactie-ionen. De eutectische NaCl-KCl gesmolten zouten (eutectisch smeltpunt 650 °C) zorgen voor een relatief lage temperatuur vloeibare fase reactieomgeving, die het transport van de reactant-ionen tijdens het MSS-proces bevordert. Het is gemeld dat de oplosbaarheid van reactanten in het gesmolten zout een belangrijke rol speelt in het MSS-proces, dat de reactiesnelheid en de morfologie van de gesynthetiseerde producten kritisch beïnvloedt [13]. In het huidige werk wordt PbO ontleed uit PbC₂ O₄ via de chemische reactie bij temperaturen van 400–500 °C [14]

die een hogere oplosbaarheid heeft in het gesmolten zout van NaCl-KCl (de oplosbaarheid in NaCl-KCl-zouten is 30 mol/g chloriden bij 900 °C [21]) dan TiO₂ (die een zeer lage oplosbaarheid heeft in alkalichloriden [22]). Daarom kan de meer oplosbare reactant PbO in het gesmolten zout diffunderen op het oppervlak van bolvormig TiO₂ precursor en reageer ermee in situ om bolvormige PTO-poeders te vormen door het oplossing-precipitatieproces. Een typisch EDS-spectrum getoond in Fig. 2f laat zien dat het monster is samengesteld uit Pb-, Ti- en O-elementen, en de EDS-analyse bevestigt dat de chemische samenstelling bijna gelijk is aan de nominale.

XRD-patronen van de bolvormige PTO-producten gesynthetiseerd met de MSS-methode bij 950 °C gedurende 5 h met de molaire verhoudingen van PbC₂ O₄ :TiO₂ :NaCl:KCl gelijk aan (a) 1:1:10:10, (b) 1:1:20:20, (c) 1:1:30:30, (d) 1:1:40:40, en (e) 1:1:60:60, respectievelijk

SEM-beelden van de bolvormige PTO-producten gesynthetiseerd met de MSS-methode bij 950 °C gedurende 5 h met de molaire verhoudingen van PbC₂ O₄ :TiO₂ :NaCl:KCl gelijk aan a 1:1:10:10, b 1:1:20:20, c 1:1:30:30, d 1:1:40:40, en e 1:1:60:60, respectievelijk. v Typisch EDS-spectrum verkregen uit de bolvormige PTO-producten die 5 uur bij 950 ° C zijn gesynthetiseerd met de molaire verhouding van PbC₂ O₄ :TiO₂ :NaCl:KCl gelijk aan 1:1:10:10

Fasestructuur en morfologie van staafachtige PTO-poeders gesynthetiseerd door sjabloon MSS-methode

Voordat de staafachtige PTO-poeders worden gesynthetiseerd volgens de MSS-sjabloonmethode, de fasestructuur en de morfologie van de TiO₂ sjablonen werden eerst onderzocht. Afbeelding 3 toont de XRD-patronen van de TiO₂ sjablonen gegloeid bij verschillende temperaturen gedurende 1 h. Er wordt waargenomen dat de overheersende anatasefase van TiO₂ werd gevormd in de producten na gloeien bij 600 °C (Fig. 3a) en 700 °C (Fig. 3b). Echter, een bepaalde hoeveelheid K₂ Ti₄ O₉ nog steeds in de producten. De door sterren aangegeven XRD-diffractiepieken zijn afkomstig van de K₂ Ti₄ O₉ fase (ICDD nr. 32-0861). Met het verhogen van de gegloeide temperatuur tot 800 °C (Fig. 3c), wordt de onzuivere K₂ Ti₄ O₉ fase bijna verdwenen. Alle XRD-diffractiepieken getoond in Fig. 3c kunnen goed worden geïndexeerd met de anatase TiO₂ (JCPDS No. 021-1272), wat wijst op de vorming van zuivere anatasefase TiO₂ . Er werd ook opgemerkt dat de kristallijne kwaliteit van de TiO₂ sjabloon is veel verbeterd omdat de intensiteit van de (101) hoofddiffractiepiek sterk is toegenomen. Afbeelding 4 toont de SEM-afbeeldingen van de TiO₂ sjablonen gegloeid bij verschillende temperaturen. Alle TiO₂ sjablonen vertoonden staafachtige morfologie en hun gemiddelde diameters varieerden van 490 nm tot 570 m en vervolgens 500 nm naarmate de gegloeide temperaturen toenamen, terwijl hun gemiddelde lengte ongeveer 12,0 m werd gehouden. De beeldverhoudingen van de TiO₂ templates die bij 600°C, 700°C en 800°C waren gegloeid waren respectievelijk ongeveer 25, 23 en 24. De staafvormige morfologie van het gegloeide TiO₂ templates wordt toegeschreven aan de anisotrope groei van de anatasefasestructuur in het gegloeide proces. Op basis van de bovenstaande experimentele resultaten kan worden geconcludeerd dat de TiO₂ sjablonen met anatasefase gegloeid bij 800 ° C gedurende 1 uur hebben een hoge kristalliniteit en staafachtige morfologie, die de staafachtige PTO-poeders kunnen synthetiseren via de sjabloon-MSS-methode.

XRD-patronen van de TiO₂ sjablonen gegloeid bij (a) 600 °C, (b) 700 °C en (c) 800 °C gedurende 1 h

SEM-afbeeldingen van de TiO₂ sjablonen gegloeid op a , b 600 °C; c , d 700 °C; en e , v 800 °C gedurende 1 h

Figuur 5 toont de XRD-patronen van de PTO-poeders die zijn gesynthetiseerd met de sjabloon-MSS-methode bij 800 ° C voor verschillende reactietijden, waarbij het staafachtige TiO₂ templates (anatase-fase gegloeid bij 800 °C gedurende 1 h) werden gebruikt als de titaniumbron en de molaire verhouding van PbC₂ O₄ :TiO₂ (sjabloon):NaCl:KCl was gelijk aan 1:1:20:20. De XRD-diffractiepatronen onthullen dat alle PTO-poeders kristalliseren in een tetragonale fasestructuur (JCPDS nr. 06-0452), en dat er geen andere onzuiverheidsfasen worden gedetecteerd, wat de vorming van een zuivere tetragonale fasestructuur illustreert. De roosterparameters van de PTO-poeders werden afgeleid uit de XRD-patronen, details worden weergegeven in Tabel 2. De overeenkomstige SEM-afbeeldingen van de PTO-poeders worden getoond in Fig. 6. Zoals getoond in Fig. 6a, is de morfologie van de gegloeide PTO-poeders bij 800 °C gedurende 1 h is een combinatie van een paar staafachtige en grote hoeveelheid bolvormige PTO-deeltjes. De kwalitatieve volumefractie van de staafachtige PTO-deeltjes was slechts ongeveer 3% en de staafachtige PTO-deeltjes hadden een gemiddelde diameter van ongeveer 860 nm en een lengte van 4,50 m. Met het verhogen van de reactietijd van 1 h tot 5 h, werd de volumefractie van de staafachtige PTO-deeltjes echter verminderd tot ~-2,4% (Fig. 6c), en de staafachtige PTO-deeltjes hadden een gemiddelde diameter van ongeveer 930 nm en een lengte van 6,0 m. Door de reactietijd verder te verlengen tot 10 h (Fig. 6e), werden de staafachtige PTO-deeltjes nauwelijks waargenomen in de PTO-producten, terwijl een grote hoeveelheid bolachtige PTO-deeltjes werd gevormd (zie Fig. 6e-f). Dat betekent dat het verlengen van de reactietijd de vorming van bolvormige PTO-deeltjes bevordert, terwijl de vorming van staafachtige PTO-deeltjes wordt onderdrukt. De gemiddelde deeltjesgrootte van de bolvormige PTO-deeltjes, gegloeid bij 800 °C gedurende 10 u, was ongeveer 550  nm (Fig. 6e), iets groter dan de diameter van de staafachtige TiO₂ sjabloon (480 nm) (Fig. 4e). De vorming van een grote hoeveelheid sferische PTO-deeltjes in de producten die gedurende 10 uur bij 800 °C zijn uitgegloeid, kan worden toegeschreven aan het feit dat het staafvormige TiO₂ templates worden tijdens het template-MSS-proces in kleine bolvormige deeltjes gebroken, die reageren met het opgeloste PbO (afgebroken uit PbC₂ O₄ ) in het NaCl-KCl gesmolten zout, waarbij bolvormige PTO-poeders worden gevormd via een oplossing-precipitatiemechanisme. Het gebroken spoor van de TiO₂ sjabloon werd waargenomen in Fig. 6b en d, waar enkele bolvormige PTO-deeltjes aan elkaar waren gekoppeld om de vorm van een suikerpompoenstreng te vormen. Het lijkt erop dat de staafachtige PTO-poeders niet met succes worden gesynthetiseerd volgens de MSS-template-methode bij een laag gesmolten zoutgehalte.

XRD-patronen van de PTO-poeders gesynthetiseerd via de MSS-template-methode met de molaire verhouding van PbC₂ O₄ :TiO₂ (sjabloon):NaCl:KCl gelijk aan 1:1:20:20 en bij 800 °C voor (a) 1 h, (b) 5 h en (c) 10 h

SEM-afbeeldingen van de PTO-producten gesynthetiseerd via de MSS-sjabloonmethode met de molaire verhouding van PbC₂ O₄ :TiO₂ (sjabloon):NaCl:KCl gelijk aan 1:1:20:20 en uitgegloeid bij 800 °C gedurende a , b 1 u; c , d 5u; en e , v 10u

Het is bekend dat in het MSS-proces het graan door de gesmolten zoutfluxen bij hoge temperaturen groeit, het gesmolten zoutgehalte de korrelgroeisnelheid en de morfologie van de eindproducten bepaalt [23]. Met het verhogen van het gesmolten zoutgehalte worden bij hoge temperatuur grotere hoeveelheden gesmolten zoutvloeistof gevormd. De opgeloste reactie-ionen (bijvoorbeeld loodionen) worden dus effectief gescheiden in de gesmolten zoutvloeistof, en hun concentraties vereisen een langere tijd om de verzadigingsconcentratie te bereiken. Daarom is de kiemvormingssnelheid van PTO-nanokristallieten aan het oppervlak van onoplosbaar TiO₂ sjabloondeeltjes moeten worden verminderd. De gevormde PTO-nanokristallieten hebben genoeg tijd om ze te herenigen tot staafachtige PTO-deeltjes in de omgeving met een hoog gesmolten zoutgehalte. Dat betekent dat een omgeving met een hoog gesmolten zoutgehalte nuttig is om de staafachtige PTO-deeltjes in het sjabloon MSS-proces te synthetiseren. Daarom hebben we de molaire verhouding van PbC₂ . verhoogd O₄ :TiO₂ (sjabloon):NaCl:KCl tot 1:1:60:60, en hun mengsels werden gedurende verschillende uren bij 800°C uitgegloeid. Afbeelding 7 toont de XRD-patronen van de PTO-poeders die zijn gesynthetiseerd bij 800 ° C met behulp van de MSS-template-methode onder een hoog gesmolten zoutgehalte. Er werd gevonden dat de PTO-poeders die gedurende 5 uur bij 800 ° C waren uitgegloeid (figuur 7b) en 10 uur (figuur 7c) een zuivere tetragonale fase hadden; de PTO-poeders die gedurende 1 uur bij 800 ° C waren gegloeid (Fig. 7a) hadden echter een overheersende tetragonale fase, behalve de kleine onzuivere fasen van Ti₃ O₅ en TiO₂ . De roosterconstanten a en c van de PTO-poeders die gedurende verschillende uren bij 800°C waren gegloeid, werden berekend en in tabel 2 weergegeven. De c /een verhouding was ongeveer 1.050. De oppervlaktemorfologieën van de overeenkomstige PTO-poeders worden getoond in Fig. 8. In Fig. 8a wordt waargenomen dat de PTO-poeders die gedurende 1 uur bij 800 ° C zijn uitgegloeid, zijn samengesteld uit de staaf- en bolachtige deeltjes. De kwalitatieve volumefractie van de staafachtige deeltjes geschat op basis van het SEM-beeld was ongeveer 70%. De diameters van de staafachtige deeltjes varieerden van 480 nm tot 1,50 m, terwijl hun lengtes in het bereik van 3,0-7,0 m lagen. Het lokale vergrote SEM-beeld getoond in Fig. 8b laat zien dat de staafachtige PTO-poeders zijn samengesteld uit zeer kleine PTO-nanokristallieten, wat wijst op het gebroken spoor van het staafachtige TiO₂ sjablonen tijdens het sjabloon MSS-proces. Met het verhogen van de reactietijd van 1 h tot 5 h, werd de volumefractie van de staafachtige PTO-poeders in het eindproduct verhoogd tot ~ -97% (Fig. 8c). De lengte van de staafachtige PTO-poeders lag in het bereik van 7,0-10,0 m. Door de reactietijd echter verder te verlengen tot 10 h (Fig. 8e), was de volumefractie van de staafachtige PTO-deeltjes in het eindproduct ongeveer 85%, en de lengte van de PTO-staven was in het bereik van 3,5– 6.5 μm. De diameter van de staafachtige PTO-poeders lag in het bereik van 970 nm-1,50  μm.

XRD-patronen van de PTO-poeders gesynthetiseerd via de MSS-template-methode met de molaire verhouding van PbC₂ O₄ :TiO₂ (sjabloon):NaCl:KCl gelijk aan 1:1:60:60 en gegloeid bij 800 °C gedurende (a) 1 h, (b) 5 h en (c) 10 h

SEM-beelden van de PTO-poeders gesynthetiseerd via de MSS-template-methode met de molaire verhouding van PbC₂ O₄ :TiO₂ (sjabloon):NaCl:KCl gelijk aan 1:1:60:60 en bij 800 °C voor a , b 1 u; c , d 5u; en e , v 10u

De vorming van staafachtige PTO-poeders met een hoog gesmolten zoutgehalte door middel van de MSS-sjabloonmethode kan worden begrepen door het volgende proces. In het sjabloon MSS-proces, PbC₂ O₄ wordt eerst ontleed in PbO, CO en CO₂ in het temperatuurbereik van 400-500 °C, en PbO wordt opgelost in de gesmolten zoutvloeistof bij 800 °C (de oplosbaarheid ervan in NaCl-KCl-zouten is 14 μmol/g chloriden bij 800 °C [21]). Het opgeloste PbO diffundeert op het oppervlak van het staafvormige TiO₂ sjabloon en reageert met TiO₂ in situ om PTO-nanokristallieten te vormen via de chemische reactie bij 800 °C

Omdat het gesmolten zoutgehalte veel hoog is (de molaire verhouding van PbC₂ O₄ :TiO₂ (sjabloon):NaCl:KCl gelijk aan 1:1:60:60), dus de opgeloste loodionen worden effectief gescheiden in de gesmolten zoutvloeistof, de concentratie ervan heeft een langere tijd nodig om de verzadigingsconcentratie te bereiken. De staafachtige TiO₂ sjablonen hebben een zeer lage oplosbaarheid in NaCl-KCl-zouten, die worden opgesplitst in kleine TiO₂ bolvormige deeltjes bij een hoge temperatuur in een omgeving met een hoog gesmolten zoutgehalte. Daarom reageert het opgeloste PbO met het gebroken TiO₂ deeltjes op hun oppervlak om PTO-nanokristallieten te vormen. Deze PTO-nanokristallieten hebben genoeg tijd om ze te herenigen in de staafachtige PTO-deeltjes in een omgeving met een hoog gesmolten zoutgehalte. Zoals getoond in Fig. 8c, werden grootschalige polykristallijne staafachtige PTO-poeders met diameters in het bereik van 480 nm - 1,50 m en een lengte tot 10 m gesynthetiseerd. Ze zijn samengesteld uit kleine nanokristallieten zoals waargenomen in figuur 8d. De schematische diagrammen die de vorming van PTO-deeltjes in het MSS-proces en staafachtige PTO-poeders in het sjabloon MSS-proces illustreren, worden getoond in Fig. 9. Ons huidige werk toont aan dat het gesmolten zoutgehalte een cruciale rol speelt bij het vormen van het staafachtige ABO₃ verbindingen met kubische of pseudo-kubische kristalstructuur in het matrijs-MSS-proces. Dat wil zeggen dat bij een laag gesmolten zoutgehalte de staafachtige PTO-poeders niet kunnen worden gesynthetiseerd, hoewel het staafachtige TiO₂ sjablonen worden gebruikt in het sjabloon MSS-proces. De vorming van de polykristallijne staafachtige PTO-poeders in de vorm van een suikerpompoenstreng in plaats van enkelkristallijne PTO-staven moet nog nader worden onderzocht.

Schematische diagrammen die de vorming illustreren van (a) PTO-deeltjes in het MSS-proces en (b) staafachtige PTO-poeders in het MSS-template-proces

Diëlektrische eigenschappen van sferische en staafachtige aftakaspoeders

De diëlektrische constanten (εr ) and dielectric losses (tanδ ) of the spherical and rod-like PTO powders synthesized by MSS and template MSS methods are shown in Fig. 10, which are measured at room temperature as a function of the frequency. Similar frequency-dependent dielectric behaviors are observed in the spherical and rod-like PTO powders. As shown in Fig. 10a, the sphere-like PTO powders (a) and (b) synthesized by MSS method at 950 °C for 5 h with the molar ratios of PbC₂ O₄ :TiO₂ :NaCl:KCl equal to (a) 1:1:30:30 and (b) 1:1:60:60, respectively, have much higher dielectric constants than the rod-like PTO powders (c) and (d) synthesized by template MSS method at 800 °C for (c) 5 h and (d) 10 h with the molar ratio of PbC₂ O₄ :TiO₂ (template):NaCl:KCl equal to 1:1:60:60. It is noticed that the dielectric constants of the sphere-like PTO powders (a) and (b) have decreased fast (from ~ 3000 to ~ 700) in the frequency range below 10 ³  Hz, then reduced slowly with further increasing the frequency over 10 ³  Hz, and finally become a constant value of ~ 340 at a higher frequency over 10 ⁵  Hz. The fast decrease of the dielectric constant at lower frequencies is ascribed to the space charge polarization effect, which is correlated to the non-uniform charge accumulation at grain boundaries within the sphere-like PTO powders. The slow reduction of the dielectric constant is due to that the dipoles present in the PTO powders could not reorient themselves as fast as the frequency of an alternating electric field, resulting in a decrease of the dielectric constants [24]. In contrast, the rod-like PTO powders (c) and (d) synthesized by template MSS method exhibit a slight frequency-dependent dielectric behavior, their dielectric constants are slightly reduced with increasing frequency below 10 ³  Hz, and then become a constant value of ~ 140. It is observed in Fig. 10b that all the dielectric losses of the spherical and rod-like PTO powders are decreased with increasing frequency due to the existence of the space charge polarization in all the PTO powders. The dielectric loss of the PTO powder (b) has the highest value, which has reduced fast with increasing frequency below 10 ⁵  Hz, and then it becomes constant. The dielectric losses of the PTO powder (a) are reduced slowly with increasing frequency, which has the lowest value as compared with the other three PTO samples. The dielectric losses of the spherical PTO powders (c) and (d) synthesized by template MSS method exhibit very similar dielectric behavior, their dielectric losses are reduced slowly as the frequency increases. At room temperature, the dielectric constant and dielectric loss of the spherical PTO powders (a) measured at 10 ⁶  Hz were ~ 340 and 0.06, respectively. The corresponding values for the spherical PTO powders (b) were 155 and 0.12, 140 and 0.08 for the rod-like PTO powders (c), and 130 and 0.07 for the rod-like PTO powders (d). Therefore, the sphere-like PTO powders (a) have high dielectric constant and low dielectric loss, and these dielectric data are better than that reported previously for the PTO nanoparticles synthesized via sol-gel process and annealed at 600 °C for 6 h (the dielectric constant and dielectric loss at 10 ⁶  Hz were about 15 and 0.40) [25], and for the PTO nanoparticles synthesized by stearic acid gel method and annealed at 400 °C for 1 h (the dielectric constant and dielectric loss at 10 ⁶  Hz were about 50 and 0.002) [26]. Normally, to measure the dielectric properties of PbTiO₃ ceramics prepared from the nanopowders synthesized by chemical methods such as the sol-gel method [27], hydrothermal method [28, 29], or by physical method such as high-energy ball milling technique [30], PbTiO₃ powder samples are usually pressed into pellets under a hydraulic press (using 1 cm diameter die). For making dense PbTiO₃ ceramics, the samples are needed to be sintered at high temperatures (e.g., 900 °C or 1000 °C for 2 h in air) followed by furnace cooling. Leonarska et al. [28] synthesized the PTO nanopowders at 490 K for 2 h by hydrothermal method and then prepared the PTO ceramics from the as-synthesized PTO nanopowders and sintered it at 1240 K for 1.5 h. They checked the impact of high-temperature process on the morphology or crystallization degree of the PTO ceramics by SEM observations and found that the PTO ceramics had slightly larger and rounded ceramic grains in comparison with the nanoparticles obtained directly from hydrothermal method. Similarly, Hu et al. [29] also reported the preparation of PTO nanoceramics (with grain sizes of ~ 200 nm) under sintering process (at 950 °C for 2 h in air) using the hydrothermal PTO nanopowders (with average grain size of ~ 100 nm) as the raw materials. This result indicates the sintering process of the hydrothermal PTO nanopowders can increase the grain size. Kong et al. [30] prepared the PTO nanopowders (with average grain size of ~ 10 nm) by high-energy ball milling technique, and pressed them directly into green pellets and sintered at 1100 °C for 1 h. Crack-free PTO ceramics with 95% of the theoretical density were successfully obtained. SEM images revealed that the average grain size of the sintered samples were < 1.5 μm. In the present work, we have prepared dense PbTiO₃ ceramic samples under a sintering process (at 1150 °C for 2 h) by using the as-synthesized sphere-like PTO powders via MSS method and the as-synthesized rod-like PTO powders via template MSS method. The high-temperature process has improved the crystallized quality and the grain sizes of the PTO powders but has few effects on the morphology. The best dielectric properties of the PTO ceramics prepared the as-synthesized spherical PTO powders by MSS method are attributed to their larger average particle size (~ 2.0 μm).

een Dielectric constants (εr ) and b dielectric losses (tanδ ) of the PTO powders synthesized by MSS method and template MSS method. Samples (a) and (b) were synthesized by MSS method at 950 °C for 5 h with the molar ratios of PbC₂ O₄ :TiO₂ :NaCl:KCl equal to 1:1:30:30 and 1:1:60:60, respectively. Samples (c) and (d) were synthesized by template MSS method with the molar ratio of PbC₂ O₄ :TiO₂ (rod-like template):NaCl:KCl equal to 1:1:60:60 and annealed 800 °C for 5 h and 10 h, respectively