Li2O-Na2O-B2O3-SiO2烧结助剂对BaAl2Si2O8陶瓷结构与介电性能的影响

采用传统固相反应工艺,按化学计量比合成BaO-Al_2O3-SiO_2(BAS)-x%(w/w) Li_2O-Na_2O-B_2O3-SiO_2(LNBS)(x=0,1,2,3,4)陶瓷。研究不同LNBS烧结助剂添加量对BAS系微波介质陶瓷的结构和介电性能的影响。通过Clausius-Mossotti公式计算讨论了BAS理论与实验介电常数(εr)的差异。研究结果表明:LNBS烧结助剂中Li+进入钡长石Al3+位或单四元环(S4R)间隙,并产生了O_2-空位或Ba2+空位,从而促进BAS六方相向单斜相的转变。添加适量的LNBS烧结助剂后,BAS陶瓷的烧结温度从1 400℃降低到1 325℃,同时BAS陶瓷样品密度、品质因数(Qf)值以及频率温度系数(τf)得到改善。当x=1,烧结温度为1 325℃时,可获得综合性能相对较好的BAS陶瓷,其介电性能:Qf=35 199 GHz,εr=6.37,τf=-1.613×10-5℃-1。     

纳米CaMgSi2O6粉体的低温合成与微波介电性能

以硝酸锂、偏钒酸铵、硝酸钙、硝酸镁、正硅酸乙酯为原料，采用溶胶-凝胶法低温合成纳米CaMgSi₂O₆微波介质陶瓷粉体，研究了不同粒径粉体的烧结行为与微波介电性能。结果表明，通过在钙镁硅溶胶中引入锂钒烧结助剂可大大降低陶瓷粉体的晶相合成温度，干凝胶在750 ℃煅烧后可获得主晶相为CaMgSi₂O₆、分散性良好、粒径为78～98 nm的陶瓷粉体，可满足微型片式元器件用超薄陶瓷介质层的制备要求;该粉体在890 ℃烧结后获得致密结构的陶瓷，具有良好的微波介电性能:介电常数为7.68，品质因数为24 542 GHz，频率温度系数为-57.25×10^-6 ℃^-1。     

(ZrO2)0.86(Sm2O3)0.14纳米粉体的水热法合成及其烧结体的电性能

以湿化学法制得Zr(OH)₄和Sm(OH)₃的共沉淀为前驱体, 在碱性介质中用水热法合成了(ZrO₂)_0.86(Sm₂O₃)_0.14及(ZrO₂)_0.88(Sm₂O₃)_0.12纳米粉体. 将纳米粉体在较低温度(1450 ℃)下烧结制得了致密的固体电解质陶瓷样品, 比通常高温固相反应法采用的烧结温度(＞1600 ℃)降低了150 ℃以上. XRD测定结果表明, (ZrO₂)_0.86(Sm₂O₃)_0.14纳米粉体及其烧结体均为立方相, 但(ZrO₂)_0.88(Sm₂O₃)_0.12纳米粉体为立方相, 它的烧结体为立方相和单斜相的混合相. 用交流阻抗谱法、氧浓差电池法及氧泵(氧的电化学透过)法研究了(ZrO₂)_0.86(Sm₂O₃)_0.14陶瓷样品在600～1000 ℃下的离子导电特性. 结果表明, 该陶瓷样品在600～1000 ℃下氧离子迁移数为1, 氧离子电导率的最大值为3.2×10^－2 S•cm^－1, 是一个优良的氧离子导体; 它的氧泵性能明显地优于YSZ.     

Ba0.4Sr0.6Co1-xFexO3-δ系阴极材料的制备和表征

采用甘氨酸-硝酸盐(GNP)法合成了中温固体氧化物燃料电池阴极材料Ba_0.4Sr_0.6Co_1-xFe_xO_3-δ(x=0.0～0.8)系列粉体。利用XRD和SEM对材料的结构和微观形貌进行分析,用直流四端子法测量了烧结陶瓷体在中温(450～800 ℃)范围内的电导率。结果表明,制备的样品为单一钙钛矿相,随着Fe含量增加,XRD衍射峰值向高角度方向稍有偏移。电导率随着温度及Fe含量的变化出现极大值,在x＜0.2时,Ba_0.4Sr_0.6Co_1-xFe_xO_3-δ系列烧结体在中温(450～800 ℃)区的电导率,随Fe掺入量的增大而增大,x=0.2样品的电导率最高,800 ℃时达244.7 S·cm^-1,远超过文献报道值,进一步增大Fe含量导电性能变差。     

低温烧结NaBi(WO4)2陶瓷的介电性能

采用固相合成法制备了（WO₄）₂（NBW）陶瓷，研究了NBW陶瓷的相结构、形貌、烧结特性和微波介电性能。NBW陶瓷在625~800℃烧结1~4 h能够致密化。X射线衍射表明在625~800℃烧结2 h的NBW陶瓷均为四方晶系白钨矿结构的单相陶瓷。随着烧结温度的提高，NBW陶瓷的介电常数、品质因数（Qf值）先增加后降低，谐振频率温度系数逐渐降低。经650℃烧结2 h获得的NBW陶瓷的介电常数为14.36，Qf值为16 503 GHz，谐振频率温度系数为-1.055×10-5℃^-1。NBW陶瓷与银共烧反应生成Ag₂W₂O₇相，而与Au、Al共烧具备化学兼容性。     

中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料LaBiMn2O6-Sm0.2Ce0.8O1.9的制备与电化学性质

采用甘氨酸燃烧法合成了LaBiMn_2O_6粉体,并与Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)均匀混合制备了LaBiMn_2O_6-Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)(LBM-SDC)复合阴极材料。利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对材料的物相及微观形貌进行分析,结果表明LBM与SDC在1 000℃下有良好的化学稳定性。SDC的复合增加了氧离子传导路径,进而使氧还原反应(ORR)速度加快。电化学阻抗谱(EIS)测试结果表明,复合阴极极化电阻(Rp)随SDC复合量的增加呈现先降低后升高的趋势,当复合量为30%(w/w)时,阴极材料的性能最优。在700℃空气气氛下的极化电阻为0.186Ω·cm~2,相对LBM(0.717Ω·cm~2)减少74%。氧分压测试结果表明阴极反应的速率控制步骤为氧分子的吸附-解离过程。以复合阴极构筑的电解质支撑单电池Ni-SDC/SDC/LBM-30%SDC在700℃的最大输出功率密度为234 mW·cm~(-2),连续测试90 h输出功率衰减约4%。     

单相Ba2Ti9O20柠檬酸凝胶法制备、表征及介电性能

采用柠檬酸凝胶法两步热处理工艺制备了单相Ba₂Ti₉O₂₀。干凝胶在750 ℃热处理得到了物相为BaTi₅O₁₁和Ba₄Ti₁₃O₃₀、尺寸为30～50 nm的前驱体粉体。纳米前驱体具有高表面活性，促使单相Ba₂Ti₉O₂₀在1 200 ℃热处理温度下形成。两步热处理所得的粉体比一步热处理所得的粉体具有更好的烧结和介电特性，两步热处理所得的粉体，在1 250 ℃烧结4 h，可获得理论密度为97%的Ba₂Ti₉O₂₀微波介质陶瓷，其介电性能：ε_r=38.5，Qf=19 320 GHz，τ_f=8.7×10^-6 ℃^-1。     

氧离子导体La1.9Ba0.1Mo2O9-α的合成及其电性能研究

通过固相法合成了La_1.9Ba_0.1Mo₂O_9-α氧离子导体,对样品进行了XRD、SEM表征,采用交流阻抗谱、氧浓差电池、氧泵等电化学方法研究了该陶瓷样品在600～1 000 ℃下的离子导电特性。结果表明,该陶瓷样品在氧化性气氛中是纯的氧离子导体,1 000 ℃时的氧离子电导率达到0.09 S·cm^-1,高于母体La₂Mo₂O₉的氧离子电导率。本文还研究了样品的燃料电池性能,在1 000 ℃时氢气/氧气燃料电池的最大输出电流密度为280 mA·cm^-2,最大输出功率密度为112 mW·cm^-2。     

B2O3-Bi2O3-ZnO-Al2O3玻璃助烧剂对BaTiO3陶瓷烧结条件、晶体结构和介电性能的影响

通过调节B₂O₃‐Bi₂O₃‐ZnO‐Al₂O₃(BBZA)玻璃的添加量研究其对钛酸钡(BaTiO₃)陶瓷烧结条件、晶体结构和介电性能的影响。结果表明：添加适量的BBZA玻璃能够有效地将BaTiO₃陶瓷烧结温度由1350℃降至950℃,并使其致密化。同时,添加BBZA玻璃后,BaTiO₃的晶体结构随着烧结温度的升高而发生转变(立方相→四方相)。另外,BBZA玻璃的引入使BaTiO₃陶瓷的居里峰得到了有效的抑制和拓宽。陶瓷微观形貌显示,玻璃相均匀分布在BaTiO₃晶粒表面。优化的BaTiO₃陶瓷制备条件如下：BBZA添加量(质量分数)为2.0%,烧结温度为950℃。在该条件下制备的BaTiO₃陶瓷介电常数达到1364,介电损耗低至1.2%。     

反应温度对微波水热法合成Bi2WO6粉体及光催化性能影响的研究

以Na₂WO₄·2H₂O和Bi(NO₃)₃·5H₂O为原料,用微波水热法在140~200 ℃保温1 h合成出不同形貌的正交晶相粉体。利用 XRD、FE-SEM、BET、DRS等分析手段表征了Bi₂WO₆粉体,以RhB溶液为目标降解物,对不同反应温度下合成粉体的光催化性能进行了研究,结果表明：反应温度对合成Bi₂WO₆粉体的物相、形貌及光催化性能均有较大影响,180 ℃时合成的绒线团状Bi₂WO₆粉体比表面积为25.63 m²·g^-1,禁带宽度为2.92 eV,因光在粉体催化剂内产生了漫反射,光催化效果最佳,在可见光照射下3h时RhB溶液降解率达到了96%,紫外光照射下2 h时RhB溶液降解率达到了98%以上。     

新型电解质材料CaZr_(0.1)Ti_(0.9)O_3的制备与电性能

采用溶胶-燃烧法合成了可用于固体氧化物燃料电池(SOFC)的新型固体电解质材料CaZr_(0.1)Ti_(0.9)O_3.通过XRD、交流复阻抗等电化学方法对样品的结构、电导性能进行了表征,并考察了材料的烧结性能. 结果表明,溶胶-燃烧法可以成功制备出具有良好烧结性能的CaZr_(0.1)Ti_(0.9)O_3电解质粉末,1 400 ℃下得到的烧结体的相对密度可达到95%. 电性能测试表明,CaZr_(0.1)Ti_(0.9)O_3烧结体在中温范围内具有较高的氧离子电导率(σ_(800 ℃)＝2.24×10~(-3)S/cm)、低的电导活化能(0.89 eV).     

中温复合固体电解质SDC-LSGM的制备和性能

采用甘氨酸-硝酸盐法分别制备了Ce0.85Sm0.15O2-δ(SDC)与La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ(LSGM)两种电解质材料, 并用固相混合法将两种材料按不同质量比(SDC与LSGM的质量比分别为9∶1, 8∶2, 5∶5)混合制备复合电解质材料. 采用交流阻抗技术对样品的电学性能进行研究. 实验结果表明, SDC与LSGM的质量比为9∶1(SL91)时, 样品具有较高的电导率, 在350—800 ℃温度范围内其电导率均比SDC的高. 以复合电解质为支撑体, 以Sm0.5Sr0.5CoO3 为阴极、NiO/SDC 为阳极制成单电池, 测试结果显示, 在800 ℃时以SL91为电解质的单电池的最大输出功率密度为0.25 W/cm2, 最大电流密度为1.06 A/cm2. 在电池的工作温度区间(600—800 ℃)内以复合材料为电解质的单电池的开路电压比以SDC为电解质的高.     

固体电解质Ce_(0.9)Er_(0.1-x)Pr_xO_(1.95+δ)的微观结构及电性能

采用柠檬酸溶胶-凝胶法制备了固体电解质Ce0.9Er0.1-xPrxO1.95+δ(x=0.02~0.08),利用X射线粉末衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)和交流阻抗谱研究了样品的微观结构和电性能.XRD结果表明,800℃煅烧的所有样品均形成了单相立方萤石结构;Raman光谱结果表明,Ce0.9Er0.05Pr0.05O1.95+δ具有氧缺位的立方萤石结构;XPS分析表明,Ce0.9Er0.05Pr0.05O1.95+δ存在氧缺位,Pr3+离子和Pr4+离子共存;AFM观测结果表明,1300℃下烧结的样品比1400℃下烧结的样品致密;交流阻抗谱结果表明,Pr掺杂量x=0.05时,Ce0.9Er0.05Pr0.05O1.95+δ的电导率最高(σ600℃=1.34×10-2S/cm,Ea=0.90 e V),比未掺杂Pr的Ce0.9Er0.1O1.95(σ600℃=8.81×10-3S/cm,Ea=0.92 e V)提高了52%,说明在Ce0.9Er0.1O1.95中适量掺杂Pr可提高材料的电导率,降低活化能.     

Microwave-assisted combustion synthesis of nanocrystalline La<Subscript>2</Subscript>Mo<Subscript>2</Subscript>O<Subscript>9</Subscript> oxide-ion conductor and its characterization

Nanocrystalline La₂Mo₂O₉ oxide-ion conductor has been successfully synthesized by microwave-assisted combustion method within a very short time duration using aspartic acid as the newer fuel in a domestic microwave oven. The synthesized nanocrystalline powder showed good sinterability and reached more than 97% of theoretical density even at low temperature of 800 °C for 5 h. The sintered La₂Mo₂O₉ sample exhibited a conductivity of 0.159 S/cm in air at 750 °C.     

EDTA-甘氨酸法制备SmBaCo2O5+δ阴极材料及其性能

采用EDTA-甘氨酸法(EGP)合成了中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)的阴极材料SmBaCo2O5+δ(SBCO).通过热重-差热分析(TG-DTA),X射线衍射(XRD),透射电镜(TEM),扫描电镜(SEM),直流四极法及交流阻抗技术分析材料的性能.结果表明,初始粉体在850°C煅烧5 h形成钙钛矿结构单相.EGP制备的SBCO粉体颗粒细小、分散性好、粒径分布均匀,其与Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)电解质材料具有良好的高温化学相容性.SBCO的电导率在500-800°C时达到668-382 S cm-1.以SDC为电解质,SBCO为阴极制备对称半电池,其界面结合良好,颗粒连接充分,形成好的三相界面,具有高的阴极催化活性,750°C时阴极极化电阻为0.0688Ωcm2,远低于固相法(SSR)的值,活化能(Ea)为122.21 kJ mol-1.     

Thermal expansion, gas permeability, and conductivity of Ni-YSZ anodes produced by different techniques

The supported Ni-YSZ (50 wt.% Ni?+?50 wt.% Zr_0.84Y_0.16O_1.92) anodes were produced of powders, obtained by the ceramic method, combustion synthesis, deposition of nickel oxide onto the YSZ ceramics, and deposition of 28 wt.% of nickel oxide onto the 39 wt.% NiO?+?61 wt.% YSZ powders. The influence of the NiO-YSZ powder production technique, the amount of pore former and sintering temperature on the porosity, gas permeability, thermal expansion, and anode conductivity were studied. The porosity of anodes made of powders obtained by the ceramic method is always lower than the porosity of the anodes made of powders produced by combustion synthesis under otherwise equal conditions. The anode electrical conductivity greatly depends on the powder production techniques, while the anode thermal expansion is only slightly influenced by them.     

中温固体氧化物燃料电池LaNi0.6Fe0.4O3-δ阴极材料的制备及性能表征

以硝酸镧、硝酸镍和硝酸铁为原料,柠檬酸作燃料低温燃烧合成固体氧化物燃料电池阴极材料LaNi0.6Fe0.4O3-δ.X射线衍射（XRD）图谱显示,600℃煅烧可形成单一的LaNi0.6 Fe0.4 O3-δ钙钛矿相.电子显微镜（TEM和SEM）照片看出,其颗粒尺寸〈100 nm.电池交流阻抗谱图表明,在1050℃烧结制...     

中温固体氧化物燃料电池Pr1.2Sr0.8NiO4阴极材料的制备、结构和性能

以相应的氧化物粉末和盐为原料,通过甘氨酸-硝酸盐法合成出了中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)Pr1.2Sr0.8NiO4(PSNO)阴极原料粉体,并制备出了烧结体试样.采用X射线衍射(XRD)分析对所合成粉体的相组成进行了分析,分别采用热膨胀仪和四端子法对PSNO烧结体试样的热膨胀系数和电导率进行了测定,同时对该阴极材料与Sm0.2Ce0.8O1.9(sco)电解质材料的电化学阻抗谱(EIS)进行了测试分析以SCO作电解质,分别以NiO/SCO和PSNO作阳极和阴极材料,制备出固体氧化物燃料单电池,并对其性能进行测试.实验结果表明,通过甘氨酸-硝酸盐法,在1050℃以上煅烧前驱体,可以获得具有K2NiF4结构的PSNO粉体.所制备的PSNO烧结体试样在200-800℃间的热膨胀系数约为12×10-6 K-1,在450℃下的电导率约为155 S· cm-1,在400-800℃,平均电导活化能为0.034 eV.电化学阻抗谱分析结果表明,在700 ℃下PSNO阴极和SCO电解质间的比表面阻抗(ASR)为0.37Ω·cm2,而Ni-SCO/SCO/PSNO单电池的比表面阻抗为0.61Ω·cm2;所制备的SOFC单电池在800℃下的输出功率为288 mW· cm-2,开路电压为0.75 V.本研究的初步结果表明PSNO 材料是一种综合性能较为优良的新型巾温固体氧化物燃料电池阴极材料.     

新型导电陶瓷Sm0.9Sr0.1Al0.5Mn0.5O3-δ的制备及其电性能研究

采用有机凝胶法结合固相烧结技术制备了Sm0.9Sr0.1Al0.5Mn0.5O3－δ (SSAM9155)新型导电陶瓷. 通过TG/DTA, FTIR, XRD, SEM和直流四引线法系统研究了凝胶前驱体的热分解及其相转化过程和烧结体的结构、相稳定性、微观形貌、电导率以及电输运机制. 结果表明, 凝胶前驱体在900 ℃焙烧5 h可以形成完全晶化的四方钙钛矿相纳米粉体; 高温烧结制得的SSAM9155陶瓷的电导率取决于p型电导, 电导率随温度的升高而增大, 导电行为符合p型小极化子跳跃机制; 随烧结温度的升高或保温时间的延长, SSAM9155陶瓷的电导率和相对密度都先增大后减小, 1600 ℃烧结10 h制得的SSAM9155陶瓷具有最高的电导率和相对密度(98%), 该样品在空气和氢气气氛中850 ℃时的电导率分别为8.21和1.26 S•cm－1, 表观活化能分别为0.265和0.465 eV. 具有较高电导率的Sr, Mn掺杂的SmAlO3导电陶瓷有望成为一种新型的固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极材料.     

La0.6Sr0.4Co1-yFeyO3钙钛矿复合氧化物的GNP法合成与导电性能

采用甘氨酸-硝酸盐(GNP)法合成出La_0.6Sr_0.4Co_1-yFe_yO₃(y=0～1.0)体系复合氧化物,对合成产物的结构、烧结性能和导电性进行了表征.研究结果表明,不同n(Co)/n(Fe)比的合成粉料中形成菱形六面体钙钛矿结构,合成粉料的颗粒细小均匀.在室温～900℃范围内,La_0.6Sr_0.4CoO₃(y=0)的电导率随温度的升高而单调降低,其它n(Co)/n(Fe)比的样品电导率随着温度升高到600℃附近时达到最大值.在低温段,La_0.6Sr_0.4Co_1-yFe_yO₃体系的导电行为符合小极化子导电机制,导电活化能随n(Co)/n(Fe)比的降低而增大.与常规固相合成法相比,甘氨酸-硝酸盐法制备的La_0.6Sr_0.4Co_1-yFe_yO₃具有更高的烧结活性和电导率.