稀土元素Ce掺杂对CaMnO3基热电材料的微观结构及高温电性能的影响

CaMnO3因其结构中元素在自然界中的丰度大、低毒和具有高温热和化学稳定性等优势而被认为是一类具有潜力的热电材料,但其较大的电阻率影响了热电性能的进一步提高.在钙位掺杂高价态稀土金属离子是降低其电阻率的有效途径.采用共沉淀法制备了一系列Ca1-xCexMnO3(x=0,0.02,0.04,0.06,0.10)热电材料.利用XRD,SEM等方法对材料的物相及断面形貌进行了表征,利用四探针法同时测量了CaMnO3材料的电阻率,Seebeck系数.XRD结果显示所有样品都为单相CaMnO3结构,扫描电镜显示Ce掺杂CaMnO3材料结构致密,具有较小和分散均匀的粒径.样品的电阻率和Seebeck系数的绝对值随着Ce掺杂量的增加而变小,Ca0.9Ce0.1MnO3的功率因子最大,为2.76×10-4W·m-1 ·K-2.     

Tb掺杂CaMnO3氧化物材料热电输运性能的研究

采用溶胶-凝胶法结合陶瓷烧结工艺制备了Tb掺杂CaMnO3基氧化物热电材料,系统研究了Tb掺杂材料物相组成、微观组织和和电输运性能.结果表明,Tb掺杂试样均为单一物相的CaMnO3晶体材料.随着Tb掺杂量的增加,试样晶粒逐渐细化.所得CaMnO3基材料内部晶粒互连,试样结构较为致密.所有Tb掺杂试样电阻率随温度升高而降低,呈明显的半导体传输特性,其中Tb掺杂量为0.14的试样电阻率最低.Tb掺杂试样Seebeck系数绝对值随掺杂量的增加而降低,这是由于Tb掺杂引入的电子型载流子造成的.所有试样功率因子均随温度升高而逐渐增加,并且所有Tb掺杂试样的功率因子均大于未掺杂试样.其中Tb掺杂量为0.08的块体试样功率因子在测试温度最高点973 K时达到最大值2.0×10-4 W·m-1·K-2,远高于未掺杂试样,通过稀土元素Tb掺杂可以优化CaMnO3基过渡金属氧化物材料的电性能.     

Dy掺杂Ca1-x Dyx MnO3(x=0,0.02,0.03,0.05,0.10)热电材料的Rietveld精修及高温热电性能研究

本文采用共沉淀法制备Dy掺杂Ca_1-xDy_xMnO₃(x=0,0.02,0.03,0.05,0.10)热电材料,通过X射线衍射对热电材料进行物相结构表征,利用Rietveld粉末衍射全谱拟合方法对X射线衍射数据进行精修得到Dy掺杂Ca_1-xDy_xMnO₃(x=0,0.02,0.03,0.05,0.10)热电材料的精细结构,利用标准四探针法测试高温热电性能.Rietveld精修结果表明,随着Dy掺杂量的增加,CaMnO₃样品的晶胞参数及晶胞体积逐渐变大.对应的电阻率测量结果表明,掺杂样品的电阻率随着Dy掺杂量的增加而减小.其中Ca_0.9Dy_0.1MnO₃的室温电阻率最低,为6.7×10^-5 Ω·m,是未掺杂CaMnO₃的1/6倍.     

Mg掺杂对CaMnO3基热电氧化物电子结构及电性能的影响研究

采用超软赝势密度泛函理论计算的方法研究了Mg掺杂Ca位CaMnO3基复合氧化物的能带结构、电子态密度和电荷分布状况,在此基础上分析了Mg掺杂氧化物的电性能.结果表明,Mg掺杂CaMnO3氧化物仍然呈间接带隙型能带结构,带隙宽度由0.756eV减小到0.734eV.CaMnO3氧化物和Mg掺杂CaMnO3氧化物的自旋态密度曲线极值点均位于为-0.8eV附近.Mg掺杂CaMnO3氧化物中Mn原子对体系费米面态密度的贡献有所减小,O原子和Ca原子对体系费米面态密度的贡献有所增大.Mg原子比Ca原子具有更强的释放电子的能力,Mg掺杂对于CaMnO3氧化物属于电子型掺杂.Mg掺杂CaMnO3氧化物导电性能增强,电性能提高.     

CaMnO3晶体材料力学性能的研究

基于密度泛函理论和Birch-Murnaghan状态方程系统分析研究了CaMnO3晶体材料的弹性常数、体弹模量、剪切模量和力学性质.结果表明,CaMnO3晶体材料具有较大的C11和C22,其还具有较大的体弹模量和剪切横量,具有一定的弹性各向异性.其杨氏模量高达219.62 GPa,较不易发生弹性形变.CaMnO3晶体材料具有较小的泊松比和体剪模量比,表明其极强的脆性,其硬度也达到28.255 GPa.CaMnO3晶体材料内部电子局域化较强,价带电子具有较大的有效质量,Mn与O之间的弱共价性结合可能是其高硬度和高剪切模量的原因.     

La掺杂BaTiO3材料的制备和电性能表征

采用溶胶-凝胶法制备了La掺杂BaTiO3(LBT)材料,通过对其进行X射线衍射、扫描电子显微镜及电导率的研究来讨论La掺杂含量对BaTiO3材料的电性能的影响.结果表明:900℃煅烧LaxBa1-xTiO3(x=0～0.4)粉末能获得单一的钙钛矿结构;La掺杂能明显提高BaTiO3的电导率,当x=0.2时,La02Ba08TiO3(LBT20)材料与Gd掺杂氧化铈Ce0.8Gd0.2O1.9电解质材料具有良好的化学相容性;且LBT20的电导率最大,在800℃还原条件下的电导率大约为0.15 S/cm,是在相同条件下测得的BaTiO3电导率的4倍多,表明LBT20可以作为一种潜在的直接在碳氢燃料下工作的中温固体氧化物燃料电池的阳极材料,但是它的电导率还需进一步提高.     

Bi掺杂对Ca3-xBixCo4O9氧化物微观结构和热电性能的影响

采用固态反应法制备Ca3-xBixCo4O9 (0.0≤x≤0.45)样品,并研究了Bi掺杂对样品的微观结构和热电性能的影响.XRD与SEM结果显示,在含Bi样品中形成了c轴取向的结构,x=0.3和x=0.45样品具有大的晶粒取向度和晶粒尺寸,这就导致了这两个样品具有较高的电导率.由于Bi3+替代Ca2+降低了载流子浓度,样品的塞贝克系数随Bi含量的增加而增加.在1000 K,x=0.3样品的功率因子可达2.77×10-4 W/m·K2,这一数值与利用热压法制备的Ca3Co4O9样品的功率因子相当.     

La2O3对莫来石陶瓷微观组织结构的影响

采共沉淀法制备了高纯度莫来石前驱粉体,掺杂La2O3制备莫来石复合陶瓷.利用XRD、SEM等方法对矿物组成和显微结构进行分析表征,并用X'pert High score Plus软件计算莫来石晶格常数,间接分析La2O3掺杂机理.实验结果表明,La2O3的掺杂改变了莫来石陶瓷的微观组织结构,莫来石晶粒由短棒状转变为网状和层状结构;La2O3的掺杂改变了物相组成,生成La1.66Al23.08O37.04,有助于提高莫来石陶瓷的致密性,在1500℃烧成时试样达到理论密度的95;.     

N型赝三元热压热电材料的微观结构和电学性能

通过熔炼/研磨技术和热压方法制备N型赝三元热压块体材料.通过SEM和XRD研究了由不同粒度粉末制备的热压块体材料的微观结构,在室温条件下测量了热压材料样品的电学性能.结果表明热压块体材料在微观结构和电学性能上存在各向异性,从而预示能够在增强材料机械强度的同时提高其热电性能.     

稀土掺杂氧化锌纳米粉的制备及其性能研究

本文以Zn(NO3)2和(NH4)2CO3为原料,采用共沉淀法分别制备了La3+和Y3+掺杂的氧化锌纳米粉体,借助于XRD、TEM、荧光光谱仪等测试手段分别对粉体的相组成、形貌及其光致发光性能进行了表征.结果表明:镧掺杂可以促使纳米氧化锌取向连接,而钇掺杂则控制和修饰其沿极性方向的聚集.当钇掺入量由0.2;增至2;原子分数时,引起氧化锌晶体发光强度的改变,且导致粒径减小至10 nm左右,而粒径减小引起的量子尺寸效应使发光峰蓝移.在掺杂量均为1;原子分数的条件下,镧掺杂可以增强纳米氧化锌的黄光发光强度并使其峰位蓝移,钇掺杂则能削弱黄色发光.     

掺杂量对ZnO陶瓷靶材性能影响的研究

以ZnO、Al2O3粉体为原料,采用常压烧结方法制备高导电性ZnO: Al陶瓷靶材,并系统研究了Al掺杂量对该靶材的晶体结构、微观形貌以及电学特性的影响.结果表明:Al2O3掺杂量是影响ZnO陶瓷靶材导电性的重要因素之一.随Al: Zn原子比从0: 100变化至8.0: 100,电阻率呈现先递减后递增的规律.当Al: Zn原子比为4.0: 100时,所制备的ZnO陶瓷靶材电阻率最低,为4.1×10-3 Ω·cm;当Al掺杂量超过某一数值后,将导致锌铝尖晶石相(ZnAl2O4)的生成,从而使材料的电阻率升高.为了获得高导电性能的ZnO靶材,必须精确控制Al的掺入量,以防止锌铝尖晶石的生成.     

高铝陶瓷显微结构及制备工艺对金属化层性能影响的研究

通过配方及烧成工艺的改变,得到两种不同显微结构的高铝陶瓷材料,其一为晶粒大小均匀,边界清晰,晶粒堆砌结构;其二为晶粒大小不一,晶粒边界不清,甚至晶粒被包裹在玻璃相中,形成玻璃相堆积结构.测定了材料的抗折强度、体积电阻率、抗击穿强度、比重、金属化层抗张强度和气密性.分析了两种显微结构的成因及不同微观结构对陶瓷材料性能和金属化层性能的影响.实验证明:采用微粉氧化铝配料,利于获得金属化性能优良的细晶结构的高铝陶瓷材料;用粗粉氧化铝配料,并加人复合的添加剂,也可以获得细小晶粒堆砌结构的高铝陶瓷材料,这类结构高铝陶瓷材料的金属化层性能好.     

氧化铁掺杂对PMnS-PZN-PZT压电陶瓷性能的影响

通过对晶体结构与压电、介电性能测试,探讨了Fe_2O_3掺杂对PMnS-PZN-PZT陶瓷压电性能的影响.结果表明,PMnS-PZN-PZT陶瓷结构位于三方、四方相共存的MPB区间,Fe_2O_3掺杂导致晶体三方、四方相结构含量发生变化.当Fe_2O_3掺杂含量为0.45 wt;时,晶体结构位于准同型相区间偏四方相结构的位置,压电与介电性能达到最佳:tanδ=0.12;,d_(33)=356 pC · N~(-1),k_p=0.60,Q_m=745,在230 ℃以下的温度范围具有很好的频率温度稳定性.